Toronto Üniversitesi Uygulamalı Bilim ve Mühendislik Fakültesi'ndeki araştırmacılar, karbon çeliğinin dayanıklılığını straforun hafifliğiyle birleştiren nanomalzemeler yaratmak için makine öğreniminin gücünden yararlandı. Bu gelişme, otomotivden havacılık sektörüne kadar uzanan endüstrileri önemli ölçüde etkileyebilir.
Profesör Tobin Filleter liderliğindeki araştırma ekibi, benzeri görülmemiş dayanıklılık, ağırlık ve özelleştirilebilirlik sunan nanomalzemeler tasarladı . Bu malzemeler, sadece birkaç yüz nanometre ölçen, o kadar küçük yapı taşlarından veya tekrarlayan birimlerden oluşur ki, 100'den fazlası sıralandığında insan saçının kalınlığına zar zor ulaşır.
Araştırmacılar, nano mimarili tasarımların gerilim dağılımını iyileştirmek ve mukavemet-ağırlık oranını iyileştirmek için en uygun geometrileri tahmin etmek üzere çok amaçlı bir Bayes optimizasyon makine öğrenme algoritması kullandılar. Algoritma yalnızca 400 veri noktasına ihtiyaç duyarken, diğerleri 20.000 veya daha fazlasına ihtiyaç duyabilir ve bu da araştırmacıların daha küçük, yüksek kaliteli bir veri kümesiyle çalışmasına olanak tanır. Kanada ekibi, sürecin bu adımı için Kore İleri Bilim ve Teknoloji Enstitüsü'nde Profesör Seunghwa Ryu ve doktora öğrencisi Jinwook Yeo ile iş birliği yaptı.
Bu deney, bilim insanlarının nano mimarili malzemeleri optimize etmek için makine öğrenimini ilk kez uyguladığı zamandı. Projenin Advanced Materials'da yayınlanan makalesinin baş yazarı Peter Serles'e göre, ekip gelişmeler karşısında şok oldu. Sadece eğitim verilerinden başarılı geometrileri kopyalamakla kalmadı; şekillerdeki hangi değişikliklerin işe yaradığını ve hangilerinin yaramadığını öğrenerek tamamen yeni kafes geometrilerini tahmin edebildi.
Ekip, deneysel doğrulama için prototipler oluşturmak üzere iki fotonlu polimerizasyon 3D yazıcısı kullanarak mikro ve nano ölçekte optimize edilmiş karbon nano kafesleri inşa etti. Ekibin optimize edilmiş nano kafesleri, mevcut tasarımların gücünü iki katından fazla artırarak, her kilogram yoğunluk başına metreküp başına 2,03 megapaskal strese dayandı; titanyumdan yaklaşık beş kat daha güçlü.
Bu malzemelerin potansiyel uygulamaları çok geniştir. Profesör Filleter, havacılık endüstrisinin uçaklar, helikopterler ve uzay araçları için ultra hafif bileşenler üretmesini öngörüyor. Araştırmacılar, bir uçaktaki titanyum bileşenlerini bu yeni malzemeyle değiştirmenin, değiştirilen her kilogram malzeme için yılda 80 litre tasarruf sağlayabileceğini ve uçmanın yüksek karbon ayak izini azaltmaya yardımcı olabileceğini tahmin ediyor.
Bu proje, Almanya'nın Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü, MIT ve Rice Üniversitesi'nden uluslararası ortaklarla işbirliklerini içeren malzeme bilimi, makine öğrenimi, kimya ve mekanikten çeşitli unsurları bir araya getirdi. Bir sonraki adım, bu malzeme tasarımlarının ölçeklenmesini iyileştirmektir. Ekip ayrıca, yüksek mukavemet ve sertliği korurken malzeme mimarilerini daha da düşük yoğunluğa iten yeni matrisleri keşfetmeyi planlıyor.
Kaynaklar :
https://www.techspot.com/news/106610-re ... onger.html