بقوة الفولاذ وخفة الرغوة.. مواد قد تحدث ثورة في صناعة الطائرات

طور باحثون من جامعة تورنتو في كندا مواد نانوية فائقة القوة تتمتع بقوة الفولاذ الكربوني وخفة رغوة البوليسترين، ما يفتح آفاقا في مجالات صناعية متعددة، من السيارات إلى الطائرات.

وهذه المواد، التي تم تطويرها باستخدام تقنيات الذكاء الاصطناعي، تجمع بين القوة العالية والوزن الخفيف وقابلية التخصيص، ما يجعلها مثالية للتطبيقات المتقدمة.

وقام الباحثون بقيادة بيتر سيرلز، المؤلف الأول للدراسة، بتصميم مواد نانوية معمارية (nano-architected materials) باستخدام خوارزميات تعلم الآلة. وهذه المواد تتكون من وحدات بناء صغيرة يبلغ حجمها بضع مئات من النانومترات، وترتب في هياكل ثلاثية الأبعاد معقدة تُعرف باسم "الشبكات النانوية" (nanolattices).

وقال سيرلز إن هذه المواد تستفيد من تأثير مبدأ "الأصغر هو الأقوى" في علم المواد، ما يجعلها تتميز بقوة وصلابة كبيرة مقارنة بوزنها، وبالتالي أكثر كفاءة واستخداما في تطبيقات متعددة.

وتم استخدام خوارزمية تعلم آلي متقدمة تعرف باسم Multi-Objective Bayesian Optimization لتحسين تصميم هذه المواد.

وهذه الخوارزمية تعلمت من البيانات المحاكاة للتنبؤ بأفضل الأشكال الهندسية التي تعزز توزيع الإجهاد وتحسن نسبة القوة إلى الوزن.

وأضاف سيرلز: "هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها استخدام تعلم الآلة لتحسين المواد النانوية المعمارية. لقد فوجئنا بالتحسينات الكبيرة التي حققتها الخوارزمية".

ومن المتوقع أن تؤدي هذه المواد إلى تطوير مكونات فائقة الخفة لتطبيقات الفضاء والطيران، مثل الطائرات والمروحيات والمركبات الفضائية. ويمكن لهذه المواد أن تقلل من استهلاك الوقود مع الحفاظ على السلامة والأداء، ما يسهم في تقليل البصمة الكربونية لصناعة الطيران.

وأشار سيرلز: "على سبيل المثال، إذا قمت باستبدال مكونات مصنوعة من التيتانيوم في الطائرة بهذه المواد، فستوفر نحو 80 لترا من الوقود سنويا لكل كغ من المواد التي يتم استبدالها".

ويركز الباحثون الآن على تحسين عملية تصنيع هذه المواد على نطاق واسع لتمكين إنتاج مكونات كبيرة الحجم بتكلفة فعالة.