AI vừa phát minh ra siêu vật liệu 'kỳ diệu' có thể thay đổi tương lai loài người: Nhẹ như xốp, nhưng bền hơn cả titanium!

Các nhà khoa học vừa tạo ra một loại vật liệu nano hoàn toàn mới với độ bền ngang ngửa thép carbon nhưng lại có trọng lượng nhẹ như xốp. Điều đặc biệt là vật liệu này không phải do con người tự thiết kế, mà được tối ưu hóa nhờ trí tuệ nhân tạo (AI) và công nghệ in 3D.

Theo nghiên cứu được công bố trên tạp chí Advanced Materials ngày 23/1, vật liệu mới này có độ bền gấp hơn hai lần so với các thiết kế trước đó. Nhờ đó, nó có thể được ứng dụng để chế tạo các linh kiện nhẹ hơn, bền hơn và tiết kiệm nhiên liệu hơn cho máy bay và ô tô.

Giải bài toán nan giải trong thiết kế vật liệu

Thông thường, một vật liệu có độ bền cao sẽ phải đánh đổi với độ dẻo dai. Chẳng hạn như đĩa sứ, dù có thể chịu được trọng tải lớn nhưng lại rất dễ vỡ khi bị tác động mạnh. Điều này cũng đúng với các vật liệu nano có cấu trúc từ những khối hình siêu nhỏ lặp lại – chúng có độ cứng cao nhưng cũng dễ bị gãy giòn do tập trung ứng suất tại một số điểm. Chính vì thế, cho đến nay, ứng dụng của vật liệu nano vẫn còn nhiều hạn chế.

Peter Serles, nhà nghiên cứu tại Caltech và là tác giả chính của nghiên cứu, nhận thấy rằng đây là một bài toán lý tưởng để AI giải quyết. Nhóm nghiên cứu đã mô phỏng hàng loạt thiết kế hình học khác nhau và sử dụng thuật toán học máy để phân tích, tìm ra những cấu trúc có khả năng phân bổ ứng suất đồng đều nhất mà vẫn chịu được tải trọng lớn.

Sức mạnh bất ngờ từ AI

Sau khi AI đề xuất các thiết kế tối ưu, nhóm nghiên cứu đã sử dụng công nghệ in 3D để tạo ra các mẫu thử nghiệm. Kết quả cho thấy vật liệu này có thể chịu được lực nén 2.03 megapascal trên mỗi mét khối trên mỗi kg, cao gấp 5 lần so với titanium – một kim loại vốn đã nổi tiếng với độ bền cao.

Serles cho biết đây là lần đầu tiên AI được sử dụng để tối ưu hóa vật liệu nano theo cách này, và kết quả mang lại thật sự đáng kinh ngạc. "Nó không chỉ sao chép các thiết kế hiệu quả từ dữ liệu cũ, mà còn học hỏi từ những gì hoạt động tốt và những gì không, từ đó tạo ra những cấu trúc hoàn toàn mới mà chúng tôi chưa từng nghĩ đến."

Hiện tại, nhóm nghiên cứu đang tìm cách mở rộng quy mô sản xuất vật liệu này để có thể ứng dụng vào thực tế, đồng thời tiếp tục tối ưu hóa thiết kế để tìm ra những phiên bản còn ưu việt hơn.

Nếu loại vật liệu này được đưa vào sản xuất, nó có thể giúp chế tạo các bộ phận nhẹ hơn cho máy bay, trực thăng và tàu vũ trụ, giúp giảm tiêu hao nhiên liệu mà vẫn đảm bảo độ an toàn và hiệu suất vận hành. Theo tính toán của nhóm nghiên cứu, nếu thay thế các bộ phận bằng titanium trên máy bay bằng vật liệu này, mỗi kilogram vật liệu được thay thế có thể giúp tiết kiệm 80 lít nhiên liệu mỗi năm.

Đây có thể là một bước tiến quan trọng trong ngành công nghiệp hàng không, giúp giảm lượng khí thải carbon và hướng tới một tương lai bền vững hơn.