Buzz
Đây là lần đầu tiên AI được áp dụng để tối ưu hóa các vật liệu nano theo phương pháp này, và kết quả đạt được thực sự đáng kinh ngạc.
Nhóm các nhà khoa học vừa tạo ra một loại vật liệu nano hoàn toàn mới, có độ bền tương đương thép carbon nhưng lại có trọng lượng nhẹ như bọt xốp. Đặc biệt, vật liệu này không phải được thiết kế bởi con người, mà nhờ vào sự tối ưu hóa của trí tuệ nhân tạo (AI) và công nghệ in 3D.
Theo một nghiên cứu đăng tải trên tạp chí Advanced Materials vào ngày 23/1, vật liệu mới này mạnh gấp đôi so với các mẫu thiết kế cũ. Nhờ đó, nó có thể được sử dụng để sản xuất các linh kiện nhẹ, bền vững và tiết kiệm nhiên liệu cho máy bay và ô tô.
Khám phá lời giải cho bài toán hóc búa trong thiết kế vật liệu
Thông thường, các vật liệu có độ bền cao thường phải hy sinh tính dẻo dai. Ví dụ, đĩa sứ có thể chịu tải trọng lớn nhưng lại dễ bị vỡ khi chịu lực tác động mạnh. Tương tự, vật liệu nano có cấu trúc từ các khối siêu nhỏ cũng có độ cứng cao nhưng dễ bị gãy giòn vì ứng suất thường tập trung ở một số điểm. Chính vì vậy, ứng dụng của vật liệu nano hiện vẫn còn nhiều giới hạn.
Peter Serles, nhà nghiên cứu tại Caltech và là tác giả chính của nghiên cứu, đã nhận ra rằng đây là bài toán lý tưởng để trí tuệ nhân tạo (AI) giải quyết. Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm hàng loạt thiết kế hình học khác nhau và áp dụng thuật toán học máy để tìm ra cấu trúc có khả năng phân bổ ứng suất đồng đều mà vẫn đảm bảo chịu tải trọng lớn.
Khám phá sức mạnh bất ngờ từ AI
Sau khi AI đưa ra các thiết kế tối ưu, nhóm nghiên cứu đã áp dụng công nghệ in 3D để tạo ra các mẫu thử nghiệm. Kết quả cho thấy vật liệu này có khả năng chịu lực nén lên tới 2.03 megapascal trên mỗi mét khối mỗi kilogram, cao gấp năm lần so với titanium – một kim loại vốn nổi tiếng với độ bền tuyệt vời.
Serles cho biết đây là lần đầu tiên AI được ứng dụng để tối ưu hóa vật liệu nano theo cách này, và kết quả thực sự rất ấn tượng. "Nó không chỉ sao chép các thiết kế hiệu quả từ dữ liệu cũ, mà còn học hỏi từ những gì hoạt động tốt và những gì không, từ đó tạo ra những cấu trúc hoàn toàn mới mà chúng tôi chưa từng tưởng tượng."
Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang tìm cách mở rộng quy mô sản xuất vật liệu này để ứng dụng vào thực tế, đồng thời tiếp tục cải tiến thiết kế để tìm ra những phiên bản tốt hơn nữa.
Nếu vật liệu này được đưa vào sản xuất, nó có thể giúp chế tạo các bộ phận nhẹ hơn cho máy bay, trực thăng và tàu vũ trụ, giảm tiêu thụ nhiên liệu mà vẫn đảm bảo độ an toàn và hiệu suất vận hành. Tính toán của nhóm nghiên cứu cho thấy, nếu thay thế các bộ phận máy bay làm từ titanium bằng vật liệu này, mỗi kilogram vật liệu thay thế có thể tiết kiệm được 80 lít nhiên liệu mỗi năm.
Đây có thể là một bước đột phá quan trọng trong ngành công nghiệp hàng không, giúp giảm lượng khí thải carbon và mở ra một tương lai bền vững hơn.
