Theo TechSpot, các nhà khoa học thuộc Khoa Khoa học Ứng dụng và Kỹ thuật của Đại học Toronto (Canada) đã ứng dụng thuật toán học máy để tạo ra vật liệu nano có độ bền cao nhưng trọng lượng nhẹ. Công nghệ này có tiềm năng tác động mạnh mẽ đến các lĩnh vực như ô tô, hàng không và vũ trụ.
Nhóm nghiên cứu do Giáo sư Tobin Filleter dẫn đầu đã thiết kế các cấu trúc nano đặc biệt có kích thước chỉ vài trăm nanomet – nhỏ đến mức hơn 100 đơn vị xếp liền nhau mới đạt độ dày của một sợi tóc người. Những vật liệu này được tạo thành từ các khối nhỏ lặp lại, cho phép tùy chỉnh đặc tính một cách linh hoạt.
Vật liệu nano tối ưu, in bằng công nghệ 3D hai photon, có độ bền gấp năm lần titan nhưng trọng lượng nhẹ đến mức nổi trên bong bóng
ẢNH: UOFT ENGINEERING NEWS
Đây là lần đầu tiên trí tuệ nhân tạo (AI) được sử dụng để tối ưu hóa vật liệu nano có kiến trúc phức tạp. Theo Peter Serles, tác giả chính của nghiên cứu được công bố trên tạp chí Advanced Materials, thuật toán không chỉ tái tạo các cấu trúc có sẵn mà còn học hỏi từ những thay đổi về hình dạng để dự đoán các cấu trúc mới hiệu quả hơn.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng máy in 3D hai photon để tạo ra các nguyên mẫu vật liệu, chế tạo thành công các nanolattice carbon tối ưu ở cấp độ micro và nano. Các thiết kế này có độ bền gấp hơn hai lần so với các mô hình trước đó, chịu được ứng suất lên đến 2,03 megapascal trên mỗi mét khối vật liệu, mạnh hơn titan khoảng năm lần.
Những ứng dụng tiềm năng của vật liệu này rất rộng mở. Giáo sư Filleter cho rằng ngành hàng không có thể sử dụng chúng để sản xuất các bộ phận siêu nhẹ cho máy bay, trực thăng và tàu vũ trụ. Nhóm nghiên cứu ước tính, nếu thay thế các bộ phận bằng titan trên máy bay bằng vật liệu mới, có thể tiết kiệm khoảng 80 lít nhiên liệu mỗi năm cho mỗi kg vật liệu thay thế, góp phần giảm đáng kể lượng khí thải carbon từ ngành hàng không.
Dự án này kết hợp nhiều lĩnh vực từ khoa học vật liệu, học máy (machine learning), hóa học đến cơ học, với sự tham gia của các đối tác từ Viện Công nghệ Karlsruhe (Đức), MIT và Đại học Rice (Mỹ). Trong tương lai, nhóm nghiên cứu sẽ tiếp tục mở rộng quy mô sản xuất và thử nghiệm các loại ma trận vật liệu mới để giảm trọng lượng mà vẫn giữ được độ bền và độ cứng cao.