Легкий, как пена и прочный, как сталь: создан новый материал для аэрокосмической отрасли

Группа ученых разработала новый наноматериал, который может значительно улучшить характеристики компонентов, используемых в авиационной и космической промышленности.

Они применили искусственный интеллект (ИИ) для проектирования материала с уникальными свойствами: он обладает прочностью, сравнимой с высокоуглеродистой сталью, но при этом остается таким же легким, как пенополистирол. Исследователи напечатали этот материал на 3D-принтере и обнаружили, что его прочность более чем в два раза превышает показатели существующих конструкций. Они считают, что благодаря таким свойствам новый материал сможет сыграть ключевую роль в создании более легких и прочных деталей для самолетов и космических аппаратов. Работа ученых была опубликована в авторитетном научном журнале Advanced Materials, а новость об этом распространило издание Live Science.

Одной из основных сложностей, с которыми сталкиваются специалисты при разработке новых материалов, является противоречие между прочностью и ударной вязкостью. К примеру, керамические изделия обладают высокой прочностью и способны выдерживать значительные нагрузки, однако при этом они весьма хрупки — небольшого удара или падения достаточно, чтобы керамическая тарелка раскололась.

Аналогичная проблема возникает и при проектировании наноматериалов. Эти материалы строятся из мельчайших элементов, толщина которых составляет всего 1/100 диаметра человеческого волоса. Такая конструкция придает им высокую прочность, однако из-за своей структуры они подвержены внезапному разрушению, что ограничивает их практическое применение.

Чтобы преодолеть этот недостаток, ученые прибегли к помощи искусственного интеллекта. Они использовали алгоритмы машинного обучения, которые проанализировали множество возможных структур и предложили оптимальный вариант, сочетающий легкость и прочность. В результате исследования были разработаны материалы, способные выдерживать значительные нагрузки без риска внезапного разрушения.

На основании этих данных специалисты применили 3D-печать для создания образцов новых наноматериалов. Испытания показали, что они способны выдерживать давление в 2,03 мегапаскаля на кубический метр на килограмм, что делает их в пять раз прочнее титана.

Сейчас ученые сосредоточены на следующем этапе работы: они намерены адаптировать технологию так, чтобы новый материал можно было массово применять в производстве авиационных и космических деталей. Их главная цель — создать конструкционные элементы, которые будут одновременно легче и прочнее существующих аналогов.

Авторы исследования уверены, что их разработка станет важным шагом на пути к созданию сверхлегких компонентов для транспортных средств. Это, в свою очередь, поможет существенно снизить расход топлива в авиации и космонавтике, сохранив при этом высокие показатели производительности и безопасности.

Источник: Live Science