تطوير مادة نانوية جديدة باستخدام الذكاء الاصطناعي أخف من التيتانيوم وأكثر قوة

حقق فريق من العلماء في جامعة تورنتو الكندية اختراقًا علميًا بتطوير مادة نانوية متطورة باستخدام خوارزميات الذكاء الاصطناعي، تتميز بكونها أخف وزنًا من التيتانيوم مع قوة تزيد بخمسة أضعاف، مما يفتح آفاقًا جديدة في صناعات الطيران، الفضاء، السيارات، والهندسة المتقدمة.

تقنية جديدة

طبق الباحثون في كلية العلوم التطبيقية والهندسة بجامعة تورنتو خوارزميات التعلم الآلي لإنشاء هياكل نانوية مبتكرة ذات تحمل استثنائي ووزن منخفض. 

قاد المشروع البروفيسور توبين فيليتر، حيث طور فريقه تصميمات نانوية خاصة لا يتجاوز حجمها بضع مئات من النانومتر، وهو ما يعادل واحد بالمئة من قطر شعرة الإنسان.

تعتمد هذه المادة على شبكات نانوية متكررة، مما يتيح إمكانية تعديل خصائصها وفقًا للاستخدام المطلوب، وصفت الدراسة، المنشورة في مجلة Advanced Materials، هذه الهياكل بأنها تمثل جيلًا جديدًا من المواد الذكية، حيث لا تقتصر الخوارزميات على إعادة إنتاج التصاميم السابقة، بل تتعلم من التعديلات وتقدم تحسينات تلقائية.

إنتاج المادة باستخدام الطباعة ثلاثية الأبعاد

لإثبات فعالية المادة، استخدم الفريق طابعة ثلاثية الأبعاد تعتمد على تقنية الفوتونين، ما سمح بتصنيع شبكات كربونية نانوية محسّنة على المستوى المجهري والنانوي. 

أظهرت الاختبارات أن هذه المادة أقوى بأكثر من الضعفين مقارنة بالتصاميم التقليدية، حيث تتحمل ضغطًا يصل إلى 2.03 ميجا باسكال لكل متر مكعب، وهو ما يجعلها تفوق قوة التيتانيوم بخمسة أضعاف.

تطبيقات صناعية واعدة

يرى الباحثون أن هذه المادة يمكن أن تحدث ثورة في مجال الطيران، حيث يمكن استخدامها لإنتاج هياكل فائقة الخفة للطائرات والمروحيات والمركبات الفضائية. 

يشير الفريق إلى أن استبدال أجزاء التيتانيوم بهذه المادة في الطائرات يمكن أن يوفر ما يقرب من 80 لترًا من الوقود سنويًا لكل كيلوغرام مستبدل، وهو ما قد يساهم في خفض انبعاثات الكربون وتقليل التكلفة التشغيلية لشركات الطيران.

تعاون دولي لتطوير التقنية

شارك في المشروع خبراء من معهد كارلسروه للتكنولوجيا في ألمانيا، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)، وجامعة رايس في الولايات المتحدة، حيث يعمل الفريق على توسيع نطاق الإنتاج واختبار مواد إضافية للحفاظ على قوة عالية مع تقليل الوزن.

يمثل هذا الابتكار نقلة نوعية في علم المواد، ومن المتوقع أن يفتح آفاقًا جديدة في الهندسة المتقدمة، خاصة مع استمرار تطور تقنيات الذكاء الاصطناعي والطباعة ثلاثية الأبعاد، ما قد يؤدي إلى جيل جديد من المواد الهندسية القادرة على تغيير مستقبل التصنيع.