Scoperto un materiale innovativo: duro come il metallo e leggero come la plastica grazie all'IA
Recentemente, un team di ricercatori della Facoltà di Scienze Applicate e Ingegneria dell’Università di Toronto ha fatto una scoperta che potrebbe rivoluzionare il campo dei materiali. Grazie a un innovativo approccio che unisce intelligenza artificiale, stampa 3D e polimerizzazione a due fotoni, sono stati sviluppati materiali con architettura nanometrica che combinano un’eccezionale resistenza e leggerezza, simili a quelle dell’acciaio e della plastica. Questa innovazione ha il potenziale di trasformare settori chiave come l’automotive, l’aeronautica e l’aerospazio.
Il progetto è frutto di una collaborazione con il Korea Advanced Institute of Science & Technology (KAIST) di Daejeon, in Corea del Sud. I ricercatori hanno affrontato una delle sfide più rilevanti nel design dei materiali: la concentrazione delle sollecitazioni. Il professor Tobin Filleter ha spiegato che le strutture reticolari tradizionali spesso accumulano tensioni meccaniche, aumentando il rischio di rottura. “Affrontando questa problematica, ho capito che si trattava di un caso perfetto per l’apprendimento automatico”, ha affermato il ricercatore.
Alla base di questi nuovi materiali vi sono microstrutture composte da unità ripetitive di appena qualche centinaio di nanometri. Per dare un’idea della loro dimensione, sarebbe necessario allinearne oltre 100 per raggiungere lo spessore di un capello umano. Questo livello di precisione consente di ottenere materiali che non solo sono leggeri, ma anche incredibilmente resistenti.
Per ottimizzare la distribuzione delle sollecitazioni, il team ha implementato un approccio basato sull’apprendimento automatico, utilizzando l’ottimizzazione bayesiana multi-obiettivo (MOBO). Questa tecnica ha permesso di identificare le geometrie più efficaci per migliorare la distribuzione delle tensioni e il rapporto resistenza/peso. Peter Serles, uno dei ricercatori coinvolti, ha sottolineato che questa è la prima volta che il machine learning viene applicato nell’ottimizzazione di questo tipo di materiali.
Le applicazioni di questi materiali innovativi nel settore aerospaziale sono particolarmente promettenti. Gli scienziati prevedono che potrebbero essere utilizzati per realizzare componenti ultraleggeri per:
L’adozione di tali materiali potrebbe portare a una significativa riduzione del consumo di carburante. Come ha dichiarato Peter Serles, “Se sostituiamo il titanio con questo nuovo materiale, potremmo risparmiare 80 litri di carburante all’anno per ogni chilogrammo di materiale impiegato.” Questo rappresenterebbe un importante passo avanti nella riduzione dell’impronta di carbonio dell’industria dell’aviazione.
Il team di ricerca non si fermerà qui; le prospettive future includono la scalabilità della produzione di questi materiali, con l’obiettivo di rendere possibile la fabbricazione di componenti macroscopici a costi contenuti. Inoltre, i ricercatori stanno attivamente esplorando nuove configurazioni strutturali per ottenere materiali ancora più leggeri, resistenti e rigidi. La combinazione di intelligenza artificiale e tecnologie avanzate di stampa 3D si sta rivelando una formula vincente, aprendo la strada a innovazioni che potrebbero cambiare radicalmente il panorama dei materiali.
Questa scoperta rappresenta un chiaro esempio di come la tecnologia moderna, unita alla ricerca scientifica, possa portare a risultati straordinari. Con l’avanzare della ricerca e l’applicazione di queste nuove tecnologie, il futuro dell’ingegneria dei materiali appare sempre più luminoso e ricco di opportunità.