Para peneliti telah memanfaatkan kecerdasan buatan (AI) untuk menciptakan nanomaterial inovatif yang menggabungkan kekuatan baja karbon dengan sifat ringan dari styrofoam. Nanomaterial yang baru dikembangkan ini, yang dibuat melalui teknik pembelajaran mesin dan pencetakan 3D, memiliki kekuatan lebih dari dua kali lipat dibandingkan desain yang ada sebelumnya. Para ilmuwan yang terlibat dalam penelitian ini menunjukkan bahwa material ini dapat mengarah pada pengembangan komponen yang lebih kuat, lebih ringan, dan lebih efisien bahan bakar di mobil dan pesawat. Temuan mereka diterbitkan pada 23 Januari di jurnal Advanced Materials. Ko-penulis Tobin Filleter, seorang profesor teknik di Universitas Toronto, menyatakan optimisme, mengatakan, "Kami berharap desain material baru ini pada akhirnya akan menghasilkan komponen ultra-ringan untuk aplikasi dirgantara seperti pesawat, helikopter, dan pesawat luar angkasa, sehingga mengurangi konsumsi bahan bakar selama penerbangan sambil memastikan keselamatan dan kinerja. Ini dapat secara signifikan mengurangi dampak lingkungan dari penerbangan. " Dalam banyak material, pencapaian kekuatan sering kali mengorbankan ketahanan. Misalnya, piring makan keramik biasanya cukup kuat untuk mendukung barang berat, tetapi kekakuannya sering menyebabkan kerapuhan, menjadikannya rentan pecah dengan sedikit tekanan. Tantangan ini juga berlaku untuk material nano-arsitektur, yang terdiri dari banyak blok bangunan kecil dan repetitif dengan lebar seratus kali lebih kecil dari rambut manusia. Meskipun material ini menawarkan kekuatan yang luar biasa relatif terhadap beratnya, mereka juga dapat mengembangkan titik-titik stres yang menyebabkan kegagalan mendadak.

Kecenderungan untuk retak ini sejauh ini membatasi aplikasi praktisnya. Penulis utama Peter Serles, seorang peneliti teknik di Caltech, mencatat, "Saat saya merenungkan masalah ini, menjadi jelas bahwa ini adalah masalah ideal untuk diatasi dengan pembelajaran mesin. " Untuk mengeksplorasi desain yang lebih baik untuk nanomaterial, para peneliti mensimulasikan berbagai geometri sebelum menganalisisnya menggunakan algoritma pembelajaran mesin. Algoritma ini, yang diinformasikan oleh desain yang dihasilkan, dapat memprediksi bentuk optimal yang secara efektif mendistribusikan tekanan yang diterapkan sambil menampung beban yang substansial. Setelah menyelesaikan desain ini, para peneliti menggunakan pencetak 3D untuk memproduksi nanolattice baru. Mereka menemukan bahwa struktur ini dapat menahan tekanan sebesar 2, 03 megapaskal untuk setiap meter kubik per kilogram—kekuatan lima kali lipat dari titanium. "Ini adalah contoh pertama penerapan pembelajaran mesin untuk mengoptimalkan material nano-arsitektur, dan kami sangat terkesan dengan kemajuan yang dicapai, " kata Serles. "Algoritma tidak hanya mereplikasi desain yang sukses dari set pelatihan; ia belajar dari modifikasi yang berhasil dan yang tidak, memungkinkan untuk mengusulkan struktur lattice yang benar-benar baru. " Ke depan, para peneliti berencana untuk fokus pada peningkatan skala material ini untuk produksi komponen yang lebih besar sambil terus mengeksplorasi desain yang lebih baik melalui metode mereka. Tujuan utamanya adalah merancang komponen yang lebih ringan dan lebih kuat untuk kendaraan masa depan. Serles menambahkan, "Misalnya, jika komponen pesawat yang terbuat dari titanium diganti dengan material baru ini, hasilnya bisa menghemat bahan bakar tahunan sebanyak 80 liter untuk setiap kilogram material yang diganti. "