Aan de Universiteit van Toronto zijn nano-geëngineerde materialen ontwikkeld die de sterkte van koolstofstaal combineren met de lichtheid van piepschuim.

Volgens Peter Serles, hoofdauteur van een recente publicatie in Advanced Materials, maken nano-geëngineerde materialen gebruik van hoogwaardige vormen, zoals een brug die bestaat uit driehoeken, op nanoschaal. Dit concept benut het ‘kleiner is sterker-principe’, waardoor materialen ongeëvenaarde sterkte- en stijfheid-tot-gewicht-verhoudingen bereiken.
“Een uitdaging bij standaard geometrieën is dat scherpe hoeken en intersecties vaak leiden tot stressconcentraties,” zegt Serles. “Dit kan voortijdige breuken veroorzaken, wat de algehele prestaties van het materiaal beperkt.”
Met machine learning kwamen Serles en zijn team in samenwerking met de Korea Advanced Institute of Science & Technology (Kaist) tot verbeterde materialen door een multi-objectieve Bayesian-optimalisatie-algoritme. Dit algoritme voorspelde optimale geometrieën om stress beter te verdelen en de sterkte-tot-gewicht-verhouding te verbeteren.
Hoe het Werkt
De materialen zijn opgebouwd uit nanolattices: bouwstenen enkele honderden nanometers groot. De machine learning hielp het team unieke en efficiënte geometrieën ontdekken.
Volgens Serles is dit de eerste keer dat machine learning wordt ingezet om nano-geïntegreerde materialen te optimaliseren. “Het algoritme leerde niet alleen van bestaande geometrieën, maar voorspelde ook geheel nieuwe structuren. Opmerkelijk is dat het algoritme slechts 400 datapunten nodig had om resultaten te leveren, terwijl andere technieken doorgaans tienduizenden datapunten vereisen.”