Jak sztuczna inteligencja pomogła znaleźć idealną recepturę?
Klasyczne metody poszukiwań nowych materiałów opierają się na czasochłonnych eksperymentach. Zespół z MIT postawił na zupełnie inne podejście, wykorzystując algorytmy uczenia maszynowego do przeanalizowania ogromnej przestrzeni możliwych kombinacji pierwiastków. Dzięki tej taktyce udało się drastycznie zawęzić pole poszukiwań. Z ponad miliona potencjalnych kompozycji system wyselekcjonował zaledwie czterdzieści najbardziej obiecujących wariantów do fizycznego przetestowania. Mohadeseh Taheri-Mousavi, współautorka pracy, przyznaje, że to narzędzia AI pomogły uporządkować skomplikowane, nieliniowe zależności. Jak wyjaśnia:
W pewnym momencie jest wiele rzeczy, które nieliniowo wpływają na właściwości materiału i gubisz się. Narzędzia uczenia maszynowego mogą wskazać ci, na czym musisz się skupić, i powiedzieć, na przykład, że te dwa elementy kontrolują tę cechę. Pozwala to na bardziej efektywne eksplorowanie przestrzeni projektowej
Czytaj też: Badacze mówią wprost: oto wąskie gardło AI, które można rozszczelnić konkretnym materiałem
Finalny materiał okazał się o połowę wytrzymalszy niż stopy projektowane tradycyjnymi metodami symulacyjnymi bez wsparcia AI. Co ciekawe, jego rzeczywista moc przerosła nawet przewidywania samego systemu sztucznej inteligencji. Wyjątkowe parametry nowego stopu biorą się z jego precyzyjnie ukształtowanej mikrostruktury. Pod mikroskopem widać gęsto upakowane, drobne nanocząstki, tzw. precypitaty ułożone w regularne wzory. To one odpowiadają za nadzwyczajną wytrzymałość i odporność na ciepło. Co kluczowe, taką strukturę umożliwia sam proces produkcyjny, czyli laserowe stapianie proszków (LPBF). Szybkie chłodzenie i krzepnięcie stopu po oddziaływaniu wiązki lasera tworzy idealne warunki dla powstania pożądanej mikrostruktury.
Czasami musimy pomyśleć, jak sprawić, by materiał był kompatybilny z drukiem 3D. Tutaj druk 3D otwiera nowe drzwi dzięki unikalnym cechom procesu – w szczególności szybkiej szybkości chłodzenia. Bardzo szybkie zamrażanie stopu po stopieniu go przez laser tworzy ten specjalny zestaw właściwości – dodaje John Hart z MIT
Od laboratorium do przemysłu, czyli realne możliwości
Gdzie taki materiał mógłby znaleźć zastosowanie? Pierwsze skojarzenie pada na branżę lotniczą, a konkretnie na łopatki wentylatorów w silnikach odrzutowych. Obecnie stosuje się w nich tytan, który jest ponad 50% cięższy od aluminium i może kosztować nawet dziesięć razy więcej. Zastąpienie go lżejszym stopem przyniosłoby wymierne oszczędności w masie konstrukcji i kosztach produkcji. Taheri-Mousavi patrzy na to szerzej, podkreślając potencjał dla oszczędności energii. Jej zdaniem, lżejsze i wytrzymalsze komponenty mogłyby znacząco wpłynąć na efektywność całego transportu. Naukowcy widzą jednak więcej możliwości. Druk 3D pozwala na tworzenie skomplikowanych, zoptymalizowanych kształtów, co otwiera drogę do zastosowań w zaawansowanych pompach, komponentach dla motoryzacji premium czy wydajniejszych systemach chłodzenia dla centrów danych.
Czytaj też: Nowa rodzina kryształów zwróciła oczy całego naukowego świata. To przełom w projektowaniu materiałów
Dotychczasowe prace MIT to coś więcej niż jeden, nawet bardzo obiecujący, materiał. Przede wszystkim stanowią proof of concept dla nowej metodologii projektowania, gdzie uczenie maszynowe i specyfika druku 3D idą w parze. To droga do szybszego i bardziej celowego tworzenia materiałów na zamówienie. Mimo to przejście między laboratorium a linią produkcyjną samolotu będzie czasochłonne. Testy, certyfikacje, skalowanie produkcji: to wszystko zajmie lata.