L’IA développe un nano-matériau de carbone ultra-léger avec la résistance de l’acier

En tirant parti de l’apprentissage automatique, une équipe de recherche canadienne a développé des nano-treillis de carbone à très haute résistance qui rivalisent avec la résistance de l’acier au carbone tout en restant aussi légers que le polystyrène expansé.

Le mois dernier, l’équipe a souligné que l’IA avait, pour la première fois, optimisé des matériaux nano-architecturés. Peter Serles de l’Université de Toronto, co-auteur de l’étude publiée dans Advanced Materials, a souligné la capacité de l’IA à aller au-delà de la simple reproduction de conceptions existantes. “Elle n’a pas seulement imité les géométries réussies à partir des données d’entraînement”, a-t-il expliqué. “Elle a appris quelles modifications amélioraient les formes et lesquelles ne le faisaient pas, ce qui lui a permis de prédire des géométries de treillis entièrement nouvelles.”

La conception de nano-matériaux implique l’agencement précis d’atomes ou de molécules, semblable à l’assemblage de minuscules structures LEGO. Leurs dimensions nanométriques leur confèrent souvent des propriétés uniques. Ces matériaux prennent la forme de treillis – des structures tridimensionnelles ordonnées et répétitives qui influencent leurs caractéristiques physiques, chimiques et électroniques.

Conception pilotée par l’IA et techniques de fabrication avancées

Travaillant avec des chercheurs en Corée du Sud, l’équipe a appliqué un algorithme d’apprentissage automatique d’optimisation bayésienne multi-objectifs pour prédire les meilleures géométries de treillis. L’objectif était d’améliorer la répartition des contraintes et d’améliorer le rapport résistance/poids du matériau. Pour donner vie à ces conceptions, ils ont utilisé une imprimante 3D à polymérisation à deux photons, en particulier le Nanoscribe Photonic Professional GT2 à haute résolution – une machine avancée coûtant des centaines de milliers de dollars.

Les nano-treillis obtenus se sont avérés remarquablement solides, supportant cinq fois plus de contraintes que le titane tout en restant légers. Cette percée ouvre la voie à des applications dans la fabrication aérospatiale. Selon Serles, le remplacement des composants en titane des avions par ce matériau pourrait permettre d’économiser environ 80 litres de carburant par an pour chaque kilogramme remplacé.

Pour l’avenir, l’équipe vise à repousser encore plus loin les limites en créant des matériaux encore plus solides et moins denses. Ils explorent également des méthodes de fabrication rentables pour rendre la production à grande échelle réalisable.

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