_ Sistemul AI instruit învață pentru a proiecta materiale celulare pentru ingineria țesuturilor, stocarea energiei

Structurile artificiale numite materiale celulare au o rețea de spații interne într-o matrice solidă asemănătoare celulei. Arhitectura lor poroasă asemănătoare spumei combină avantajele densității scăzute cu rezistența. Cercetătorii de la Institutul Național pentru Știința Materialelor (NIMS) și de la Universitatea din Tsukuba din Japonia, supravegheați de Ikumu Watanabe la NIMS, au aplicat o formă de inteligență artificială generativă (AI) pentru a dezvolta o abordare nouă și îmbunătățită pentru proiectarea materialelor celulare cu precizie. porozitatea și rigiditatea vizate.

Lucrările lor sunt publicate în revista Science and Technology of Advanced Materials.

„Spre deosebire de abordările convenționale, metoda noastră nu se bazează pe experiența unui designer”, spune cercetătorul computațional Xiaoyang Zheng, primul autor al articolului de cercetare. „Noi o numim o abordare inversă, deoarece în loc să propună inițial un design și apoi să-l testeze, sistemul explorează design-urile dintr-un spațiu caracteristic de dimensiuni reduse (adică, spațiu latent) și generează automat un design cu proprietățile dorite.”

Există multe aplicații posibile, dar autorii evidențiază potențialul utilizării metodei lor pentru a proiecta implanturi osoase cu o porozitate, rigiditate și elasticitate specifice dorite.

Procesul de proiectare computerizat începe cu un 3D structură geometrică compusă din elemente discrete numite voxeli. Un sistem AI generativ antrenat, numit o rețea adversativă generativă condiționată, este apoi utilizat pentru a genera designul unei rețele 3D cu proprietăți vizate. Materialele 3D reale corespunzătoare designului sugerat sunt apoi construite și testate experimental, folosind rășini imprimate 3D. Comportamentul lor a fost investigat și folosind simulări pe computer.

„Deși mai devreme am dezvoltat un sistem 2D similar, extinderea lui în 3D a fost o provocare din cauza efortului de calcul masiv necesar”, spune Zheng. „Generarea unor astfel de modele de geometrie 3D este în fruntea tehnologiei de ultimă generație, nu numai în știința materialelor, ci și în cercetarea AI în general.”

Pe lângă utilizarea sugerată pentru realizarea de implanturi osoase , cercetătorii indică posibilele progrese în gama largă de aplicații în care materialele celulare sunt utilizate în prezent și, de asemenea, luate în considerare pentru dezvoltarea viitoare. Acestea includ materiale pentru robotică soft, electronică soft și comutatoare, precum și stocarea și conversia energiei electrochimice.

„Cea mai mare caracteristică a abordării este diversitatea soluțiilor pe care le poate oferi, generând mulți candidați posibili pentru multe materiale diferite. ,” conchide Zheng.

După ce a demonstrat fezabilitatea și potențialul sistemului, echipa intenționează acum să-l folosească pentru a explora o varietate de materiale avansate. Ca parte a acestei lucrări, ei speră să extindă domeniul de aplicare al sistemului AI, astfel încât să poată viza o varietate mai largă de proprietăți în materialele pe care le proiectează.

(Fluierul)