Các nhà khoa học tại Đại học Toronto đã ứng dụng trí tuệ nhân tạo để tạo ra một loại vật liệu nano mang sức mạnh của thép carbon nhưng nhẹ như xốp styrofoam. Phát minh này có thể cách mạng hóa ngành công nghiệp ô tô và hàng không, đồng thời giúp giảm đáng kể lượng khí thải carbon.
Bước đột phá của công nghệ nano nhờ AI
Các nhà nghiên cứu tại khoa khoa học ứng dụng và kỹ thuật của Đại học Toronto vừa đạt được một thành tựu mang tính đột phá trong lĩnh vực vật liệu. Bằng cách ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI), họ đã tạo ra một loại siêu vật liệu nano có độ bền tương đương thép carbon nhưng lại nhẹ như xốp styrofoam. Phát minh này hứa hẹn sẽ tạo ra bước ngoặt lớn trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong sản xuất ô tô và hàng không vũ trụ.
Cấu trúc nano độc đáo – sức mạnh gấp 5 lần titan
Nhóm nghiên cứu do giáo sư Tobin Filleter dẫn đầu đã thiết kế một loại vật liệu nano có độ bền, trọng lượng nhẹ và khả năng tùy chỉnh vượt trội. Siêu vật liệu này được cấu tạo từ các khối nano cực nhỏ, chỉ vài trăm nanomet – nghĩa là hơn 100 khối ghép lại mới đạt độ dày của một sợi tóc người.
Bằng cách sử dụng thuật toán học máy tối ưu hóa Bayesian đa mục tiêu, các nhà khoa học đã xác định được cấu trúc tối ưu giúp phân bổ lực căng hiệu quả hơn, đồng thời nâng cao tỷ lệ chịu lực so với trọng lượng của vật liệu. Điều đáng kinh ngạc là thuật toán này chỉ cần 400 điểm dữ liệu để đưa ra kết quả tối ưu, trong khi các phương pháp truyền thống có thể cần tới 20.000 điểm dữ liệu. Điều này giúp đẩy nhanh quá trình nghiên cứu mà vẫn đảm bảo độ chính xác cao.
Sau khi mô phỏng trên máy tính, nhóm nghiên cứu đã sử dụng công nghệ in 3D bằng hai photon polymer để tạo ra các nguyên mẫu vật liệu ở cấp độ vi mô và nano. Kết quả thử nghiệm cho thấy cấu trúc nano được tối ưu hóa này có thể chịu lực lên tới 2,03 megapascals trên mỗi mét khối vật liệu, mạnh hơn gấp 5 lần titan.
Ứng dụng tiềm năng trong hàng không và giảm phát thải carbon
Nhờ đặc tính nhẹ nhưng siêu bền, loại vật liệu nano mới này có thể mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành hàng không vũ trụ. Giáo sư Filleter tin rằng nó sẽ được ứng dụng để chế tạo các bộ phận siêu nhẹ cho máy bay, trực thăng và tàu vũ trụ.
Theo ước tính, nếu thay thế các bộ phận titan trên máy bay bằng loại vật liệu này, mỗi kilogram vật liệu thay thế có thể giúp tiết kiệm 80 lít nhiên liệu mỗi năm, đồng thời góp phần giảm đáng kể lượng khí thải carbon từ ngành hàng không.
AI đang định hình tương lai của khoa học vật liệu
Đây là lần đầu tiên AI (trí tuệ nhân tạo) được sử dụng để tối ưu hóa thiết kế vật liệu nano, và kết quả đạt được đã vượt xa mong đợi của giới khoa học. Theo nhà nghiên cứu Peter Serles – tác giả chính của công trình, thuật toán AI không chỉ tái tạo lại những mô hình có sẵn mà còn học hỏi từ những thay đổi trong hình dạng để đưa ra những thiết kế mới hoàn toàn.
Sự kiện này đánh dấu một bước tiến lớn trong việc ứng dụng AI vào khoa học vật liệu. Với khả năng phát triển các vật liệu bền vững hơn, nhẹ hơn và hiệu quả hơn, AI đang mở ra những cơ hội mới giúp ngành công nghiệp tiến tới một tương lai tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường hơn.
