ИИ и робототехника улучшают разработку экологически чистых аэрогелей для носимых технологий

Инженеры из Университета Мэриленда (UMD) разработали модель, которая сочетает в себе машинное обучение и совместную робототехнику для решения проблем при разработке материалов, используемых в носимых экологических технологиях.

Под руководством По-Йен Чена, доцента кафедры химической и биомолекулярной инженерии UMD, ускоренный метод создания аэрогелевых материалов, используемых в портативных устройствах для обогрева, опубликован в журнале. Природные коммуникации— может автоматизировать процессы проектирования новых материалов.

Подобно гелям на водной основе, но изготовленным с использованием воздуха, аэрогели представляют собой легкие и пористые материалы, используемые в теплоизоляции и носимых технологиях, благодаря своей механической прочности и гибкости. Но, несмотря на кажущуюся упрощенность, линия сборки аэрогеля сложна; Исследователи полагаются на трудоемкие эксперименты и подходы, основанные на опыте, чтобы исследовать обширное пространство дизайна и разрабатывать материалы.

Чтобы преодолеть эти проблемы, исследовательская группа объединила робототехнику, алгоритмы машинного обучения и знания в области материаловедения, чтобы обеспечить ускоренную разработку аэрогелей с программируемыми механическими и электрическими свойствами. Их модель прогнозирования создана для создания экологически чистых продуктов с точностью 95%.

«Инженеры в области материаловедения часто испытывают трудности с внедрением машинного обучения из-за нехватки высококачественных экспериментальных данных. Наш рабочий процесс, сочетающий в себе робототехнику и машинное обучение, не только повышает качество данных и скорость сбора, но также помогает исследователям ориентироваться в сложном проектировании. космос», — сказал Чен.

Прочные и гибкие аэрогели команды были изготовлены с использованием проводящих титановых нанолистов, а также природных компонентов, таких как целлюлоза (органическое соединение, содержащееся в растительных клетках) и желатин (белок, полученный из коллагена, содержащийся в тканях и костях животных).

Команда утверждает, что их инструмент также может быть расширен для использования в других приложениях в области дизайна аэрогеля, таких как экологически чистые технологии, используемые при очистке разливов нефти, устойчивом хранении энергии и продуктах тепловой энергии, таких как изоляционные окна.

«Сочетание этих подходов ставит нас на передний план в разработке материалов с настраиваемыми сложными свойствами. Мы планируем использовать эту новую масштабируемую производственную платформу для разработки аэрогелей с уникальными механическими, термическими и электрическими свойствами для суровых рабочих условий», — сказала Элеонора Тубальди, доцент кафедры машиностроения и участник исследования.

Забегая вперед, группа Чена проведет исследования, чтобы понять микроструктуры, отвечающие за гибкость и прочностные свойства аэрогеля.