Para penyelidik telah menggunakan kecerdasan buatan (AI) untuk menghasilkan nanomaterial inovatif yang menggabungkan kekuatan keluli karbon dengan sifat ringan styrofoam. Nanomaterial yang baru dibangunkan ini, dihasilkan melalui teknik pembelajaran mesin dan pencetakan 3D, telah lebih dari menggandakan kekuatan reka bentuk yang sedia ada sebelum ini. Para saintis yang terlibat dalam kajian ini menunjukkan bahawa bahan ini boleh membawa kepada pembangunan komponen yang lebih kuat, lebih ringan, dan lebih cekap bahan bakar dalam kereta dan pesawat. Penemuan mereka diterbitkan pada 23 Januari dalam jurnal Advanced Materials. Penulis bersama Tobin Filleter, seorang profesor kejuruteraan di Universiti Toronto, menyatakan rasa optimis dengan berkata, "Kami berharap reka bentuk bahan baru ini akhirnya akan menghasilkan komponen yang ultra-ringan untuk aplikasi aeronautik seperti pesawat, helikopter, dan kapal angkasa, dengan itu mengurangkan penggunaan bahan bakar semasa penerbangan sambil memastikan keselamatan dan prestasi. Ini boleh mengurangkan impak alam sekitar penerbangan dengan ketara. " Dalam banyak bahan, mencapai kekuatan sering mengorbankan ketahanan. Sebagai contoh, pinggan makan seramik biasanya cukup kuat untuk menyokong barang berat, tetapi keteguhannya sering menyebabkan kerapuhan, menjadikannya mudah pecah dengan sedikit daya. Cabaran ini juga berlaku kepada bahan seni nano, yang terdiri daripada banyak blok bangunan kecil dan berulang yang mempunyai lebar seratus kali ganda dari sehelai rambut manusia. Walaupun bahan ini menawarkan kekuatan yang luar biasa berbanding beratnya, ia juga boleh mengembangkan titik tekanan yang menyebabkan kegagalan tiba-tiba.

Kemerosotan ini setakat ini telah menghadkan aplikasi praktikalnya. Penulis utama Peter Serles, seorang penyelidik kejuruteraan di Caltech, memperhatikan, "Ketika saya memikirkan isu ini, menjadi jelas bahawa ia adalah masalah yang ideal untuk ditangani oleh pembelajaran mesin. " Untuk meneroka reka bentuk yang lebih baik bagi nanomaterial, para penyelidik mensimulasikan pelbagai geometri sebelum menganalisisnya menggunakan algoritma pembelajaran mesin. Algoritma ini, yang dipandu oleh reka bentuk yang dihasilkan, dapat meramalkan bentuk optimal yang akan secara efektif mengagihkan tekanan yang dikenakan sambil menampung beban yang besar. Selepas memfinalisasi reka bentuk ini, para penyelidik menggunakan pencetak 3D untuk menghasilkan nanolattice baru tersebut. Mereka mendapati bahawa struktur ini boleh menahan tekanan sebanyak 2. 03 megapaskal bagi setiap meter padu setiap kilogram—kekuatan lima kali ganda daripada titanium. "Ini menandakan kali pertama penggunaan pembelajaran mesin untuk mengoptimumkan bahan seni nano, dan kami terkejut dengan kemajuan yang dicapai, " kongsikan Serles. "Algoritma ini bukan sahaja meniru reka bentuk yang berjaya dari set latihan; ia belajar daripada modifikasi yang berfungsi dan yang tidak, membolehkannya mencadangkan struktur lattice yang sama sekali baru. " Ke depan, para penyelidik merancang untuk memberi tumpuan kepada skala besar bahan ini untuk pengeluaran komponen yang lebih besar sambil terus menerokai reka bentuk yang lebih baik melalui kaedah mereka. Matlamat utama adalah untuk merekayasa komponen yang lebih ringan dan lebih kuat untuk kenderaan masa depan. Serles menambah, "Sebagai contoh, jika komponen pesawat yang dibuat daripada titanium digantikan dengan bahan baru ini, hasilnya boleh menghasilkan penjimatan bahan bakar tahunan sebanyak 80 liter untuk setiap kilogram bahan yang digantikan. "