Laut TechSpot haben Wissenschaftler der Fakultät für angewandte Wissenschaften und Ingenieurwissenschaften der Universität Toronto (Kanada) Algorithmen des maschinellen Lernens eingesetzt, um Nanomaterialien zu entwickeln, die äußerst haltbar, aber leicht sind. Diese Technologie hat das Potenzial, enorme Auswirkungen auf Bereiche wie die Automobilindustrie sowie die Luft- und Raumfahrt zu haben.

Das Forscherteam um Professor Tobin Filleter entwarf spezielle Nanostrukturen, die nur wenige hundert Nanometer groß sind – so klein, dass mehr als 100 nebeneinander aufgereihte Einheiten nötig wären, um die Dicke eines menschlichen Haares zu erreichen. Diese Materialien bestehen aus kleinen, sich wiederholenden Blöcken, wodurch eine flexible Anpassung der Eigenschaften möglich ist.

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Dies ist das erste Mal, dass künstliche Intelligenz (KI) zur Optimierung von Nanomaterialien mit komplexen Architekturen eingesetzt wurde. Laut Peter Serles, dem Hauptautor der im Fachjournal „ Advanced Materials“ veröffentlichten Studie, reproduziert der Algorithmus nicht nur bestehende Strukturen, sondern lernt auch aus Formänderungen, um neue Strukturen effizienter vorherzusagen.

Das Team verwendete einen Zwei-Photonen-3D-Drucker zur Herstellung von Materialprototypen und konnte erfolgreich optimierte Kohlenstoff-Nanogitter im Mikro- und Nanomaßstab herstellen. Diese Konstruktionen sind mehr als doppelt so stark wie die Vorgängermodelle und halten einer Spannung von bis zu 2,03 Megapascal pro Kubikmeter Material stand. Damit sind sie etwa fünfmal stärker als Titan.

Die Anwendungsmöglichkeiten dieses Materials sind vielfältig. Professor Filleter glaubt, dass die Luftfahrtindustrie sie zur Herstellung ultraleichter Teile für Flugzeuge, Hubschrauber und Raumfahrzeuge nutzen könnte. Das Forschungsteam schätzt, dass durch den Ersatz von Titanteilen an Flugzeugen durch neue Materialien pro Kilogramm ersetztem Material etwa 80 Liter Treibstoff pro Jahr eingespart werden könnten, was zu einer erheblichen Reduzierung der Kohlenstoffemissionen der Luftfahrtindustrie beitragen würde.

Das Projekt vereint viele Bereiche von Materialwissenschaften, maschinellem Lernen, Chemie bis hin zur Mechanik und ist mit der Beteiligung von Partnern des Karlsruher Instituts für Technologie (Deutschland), des MIT und der Rice University (USA) verbunden. In Zukunft wird das Forschungsteam die Produktion weiter ausbauen und neue Materialmatrizen testen, um das Gewicht zu reduzieren und gleichzeitig eine hohe Festigkeit und Steifigkeit beizubehalten.