AI navrhuje unikátne metamateriály s vlastnosťami na požiadanie

 

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Inverzný dizajn umožňuje vytvárať materiály podľa požadovaných fyzikálnych vlastností.

• 4D tlač pridáva objektom schopnosť meniť tvar v čase.

• Implantáty z týchto materiálov zväčšujú svoj objem o 200 %.

Inžinieri využívajú pokročilé algoritmy hlbokého učenia na riešenie zložitého problému inverzného dizajnu. Pri tradičnom postupe vedci testujú existujúce materiály, aby zistili ich vlastnosti. Pri inverznom dizajne však najprv zadefinujú cieľové správanie, napríklad konkrétnu tuhosť v ohybe. Umelá inteligencia následne navrhne mikroštruktúru materiálu, ktorá presne spĺňa tieto požiadavky.

Tento prístup sa úspešne spája s technológiou 4D tlače. Kým 3D tlač vytvára pevné tvary, 4D tlač pridáva rozmer času a reakcie na vonkajšie podnety. Používajú sa inteligentné polyméry s tvarovou pamäťou, ktoré reagujú na teplo alebo vlhkosť. Materiály sa tlačia pri teplote 220 °C na vyhrievanú podložku nastavenú na 55 °C. Výsledné štruktúry sa dokážu samovoľne poskladať do zložitých tvarov.

Aplikácie tejto technológie sú mimoriadne široké, najmä v biomedicíne. Vedci vyvinuli personalizované implantáty pre spinálnu fúziu a tracheálne stenty. Tieto termo-metamateriály môžu byť do tela vložené minimálne invazívnym spôsobom v zbalenom stave. Po zahriatí na telesnú teplotu sa rozvinú a zväčšia svoj objem o viac ako 200 %. Tým zabezpečia dokonalé prispôsobenie anatómii pacienta.

V leteckom priemysle sa tieto princípy využívajú na tvorbu tenkostenných škrupinových štruktúr. Tie vykazujú výnimočný pomer pevnosti k hmotnosti vďaka efektívnemu rozloženiu napätia. Algoritmy umelej inteligencie dokážu predpovedať správanie materiálu s chybou nižšou ako 1 mm. To umožňuje výrobu komplexných tvarov bez potreby zdĺhavého testovania metódou pokus-omyl. Proces generovania dizajnu je vďaka novým modelom prakticky okamžitý.

Výskum sa zameriava aj na programovateľné mechanické metamateriály pre termálny manažment. Tieto štruktúry dokážu usmerňovať teplo alebo tlmiť vibrácie podľa aktuálnej potreby. V budúcnosti budú tak budovy alebo mosty schopné meniť svoje vlastnosti podľa poveternostných podmienok.  

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Automatizovaný návrh inteligentných materiálov radikálne zrýchľuje vývoj personalizovanej medicíny a vysoko odolných leteckých komponentov.

Zdroj: interestingengineering.com foto: ChatGPT