'Siêu' vật liệu nhẹ như xốp nhưng bền ngang thép, có tiềm năng cách mạng hóa nhiều ngành công nghiệp 

Live Science mới đây đưa tin, các nhà khoa học đã sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) để thiết kế ra vật liệu  nano chưa từng thấy trước đây với độ bền ngang thép carbon nhưng lại nhẹ ngang với xốp. 

Theo đó, các vật liệu nano mới này được tạo ra bằng cách sử dụng máy in 3D và công nghệ học máy. Các nhà khoa học đứng sau nghiên cứu cho biết chúng có thể được sử dụng để chế tạo ra các bộ phận bền hơn, nhẹ hơn và tiết kiệm nhiên liệu hơn cho máy bay và ô tô. Được biết, nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí Advanced Materials vào hôm 23/1. 

"Chúng tôi hy vọng thiết kế vật liệu mới này cuối cùng sẽ dẫn đến các bộ phận siêu nhẹ cho ngành hàng không vũ trụ, ví dụ như trong máy bay, trực thăng, tàu vũ trụ, giúp giảm nhu cầu nhiên liệu khi bay mà vẫn duy trì tính an toàn và hiệu suất. Điều này có thể giúp giảm lượng phát thải carbon từ hoạt động bay", đồng tác giả nghiên cứu Tobin Filleter - Giáo sư kỹ thuật tại Đại học Toronto cho biết trong một tuyên bố. 

Ở nhiều vật liệu, độ bền và độ dẻo dai thường không cân bằng. Ví dụ như một chiếc đĩa gốm, chúng thường rất chắc chắn và có thể chịu được tải trọng lớn, tuy nhiên, nó lại thiếu độ dẻo dai. 

Vấn đề tương tự cũng xảy ra với vật liệu có kiến trúc nano, được cấu tạo từ vô số khối cấu trúc siêu nhỏ với độ dày chỉ bằng 1/100 sợi tóc người khiến chúng bền và cứng so với trọng lượng của chúng. Tuy nhiên, những vật liệu này cũng dễ bị nứt gãy đột ngột. 

"Khi nghĩ về thách thức này, tôi nhận ra rằng đây chính là vấn đề hoàn hảo mà học máy có thể giải quyết", Peter Serles - tác giả chính của nghiên cứu cho biết trong một tuyên bố. 

Để tìm kiếm những cách tốt hơn để thiết kế vật liệu nano, các nhà nghiên cứu đã mô phỏng các hình dạng khả thi cho thiết kế của họ trước khi đưa chúng qua một thuật toán học máy. Bằng cách học hỏi từ các thiết kế đã được tạo ra, thuật toán có thể dự đoán các hình dạng tốt nhất giúp phân bổ đều áp lực trong khi chịu tải trọng lớn. 

Với những hình dạng này trong tay, các nhà nghiên cứu đã sử dụng máy in 3D để tạo ra các cấu trúc mạng nano mới và phát hiện ra rằng chúng có thể chịu được áp lực 2,03 megapascal cho mỗi m3 trên mỗi kg. Độ chắc chắn này cao gấp 5 lần titan. 

"Đây là lần đầu tiên học máy được áp dụng để tối ưu hóa vật liệu nano, và chúng tôi rất ngạc nhiên với những cải tiến thu được. Nó không chỉ tái tạo hình dạng từ dữ liệu huấn luyện mà còn học hỏi từ những thay đổi hình dạng hiệu quả hoặc không hiệu quả, từ đó dự đoán các cấu trúc mạng nano hoàn toàn mới", Peter Serles cho biết. 

Các nhà nghiên cứu cho biết bước tiếp theo của họ sẽ tập trung vào việc mở rộng quy mô vật liệu cho đến khi chúng có thể được sử dụng để tạo ra các bộ phận lớn hơn, đồng thời tìm kiếm các thiết kế tốt hơn nữa thông qua quy trình mới của mình. Mục tiêu chính là thiết kế các bộ phần nhẹ và bền hơn cho các phương tiện trong tương lai. 

"Ví dụ, nếu thay thế các bộ phận bằng titan trên một chiếc máy bay bằng loại vật liệu này, chúng ta có thể tiết kiệm khoảng 80 lít nhiên liệu  mỗi năm cho mỗi kg vật liệu được thay thế", Serles cho biết thêm. 

>> Phát hiện đột phá giúp tạo ra loại gỗ có thể tự phát sáng trong bóng tối