Pevný jako ocel, lehký jako polystyren. Kredit: Peter Serles / University of Toronto Engineering.

Nanomateriály dovedou věci, které hraničí s kouzly. Když se do toho ještě vloží umělá inteligence, opravdu to stojí za to. Potvrzuje to výzkum týmu kanadské University of Toronto. Vedoucí týmu Tobin Filleter a jeho kolegové použili algoritmy strojového učení a navrhli nanomateriály, které jsou lehké jako polystyren, ale přitom jsou pevné jako uhlíkatá ocel.

Peter Serles. Kredit: P. Serles.

Jak říká první autor studie v Advanced Materials Peter Serles, standardní tvary a geometrie, které se využívají při tvorbě podobných materiálů, mívají problém s tím, že u některých geometrických prvků dochází ke koncentraci mechanického napětí, což záhy způsobí selhání materiálu a jeho případné rozlomení. To omezuje využití takových nanomateriálů.

Logo. Kredit: University of Toronto.

V tomto případě jde o materiály s nanoarchitekturou. Strukturu jim vytvářejí opakující se bloky či jednotky, jejichž velikost je maximálně pár set nanometrů. Tyto stavební bloky, vytvořené z uhlíku, jsou uspořádané v komplexní 3D struktuře nanomřížek. Badatelé využili spolupráce s jihokorejským institutem KAIST a pomocí algoritmů strojového učení navrhli designy s co nejvýhodnějším poměrem pevnosti k váze materiálu.

Pak použili 3D tiskárnu se 2-fotonovou polymerizací, která pracuje v centru Center for Research and Application in Fluidic Technologies (CRAFT) na University of Toronoto. S touto tiskárnou lze tisknout v mikro a nano měřítku, takže vědci mohli vytvořit navržené uhlíkové nanomřížky.

Výsledkem jejich úsilí je podivuhodný materiál s nanoarchitekturou, který vydrží mechanické napětí 2,03 megapascalů (for every cubic meter per kilogram of its density). Odpovídá to zhruba pětinásobku hodnoty pro titan a dvakrát to přesahuje pevnost již existujících podobných nanomateriálů. Jak si pochvaluje Serles, je to poprvé kdy někdo použil strojové učení k optimalizaci materiálu s nanoarchitekturou, Výsledek přitom překonal očekávání.

Video: Nanotechnology: Nanoarchitecture

Literatura

Physorg 24. 1. 2025.

Advanced Materials online 23. 1. 2025.