Super-kompressibles Material entwickelt durch KI

Ein neues super-kompressibles Material, das von Forschern der TU Delft mit Hilfe von KI entwickelt wurde, kann viele unserer alltäglichen Objekte verändern, während es dennoch stark bleibt. Die Forscher haben keine experimentellen Tests durchgeführt und das Material nur mit Hilfe von künstlicher Intelligenz und Maschinellem Lernen erstellt.

Miguel Bessa ist der erste Autor der Veröffentlichung, die am 14. Oktober in Advanced Materials erschienen ist.

“KI gibt Ihnen eine Schatzkarte, und der Wissenschaftler muss den Schatz finden”, sagte er.

Veränderung alltäglicher Objekte

Miguel Bessa, Assistenzprofessor für Materialwissenschaften an der TU Delft, bekam die Inspiration, dieses Material zu erstellen, nachdem er Zeit am California Institute of Technology verbracht hatte. Dort, im Space Structures Lab, beobachtete er eine Satellitenstruktur, die in der Lage war, lange Solarsegel aus einem kleinen Paket zu öffnen.

Nachdem er dies gesehen hatte, wollte Bessa wissen, ob es möglich war, ein super-kompressibles, aber starkes Material zu entwerfen und es auf einen kleinen Bruchteil seines Volumens zu komprimieren.

“Wenn dies möglich wäre, könnten alltägliche Objekte wie Fahrräder, Esstische und Schirme in die Tasche gefaltet werden”, sagte er.

Die nächste Generation von Materialien

Bessa glaubt, dass es wichtig ist, dass die nächste Generation von Materialien anpassungsfähig und mehrzweckfähig ist und die Fähigkeit hat, verändert zu werden. Der Weg, dies zu tun, ist durch strukturdominierte Materialien, die Metamaterialien sind, die neue Geometrien ausnutzen können. Dies ermöglicht es den Materialien, bestimmte Eigenschaften und Funktionalitäten zu haben, die es vorher nicht gab.

“Allerdings hat die Metamaterial-Entwicklung auf umfangreiche Experimente und einen Trial-and-Error-Ansatz gesetzt”, sagt Bessa. “Wir argumentieren für die Umkehrung des Prozesses durch die Verwendung von Maschinellem Lernen für die Erforschung neuer Designmöglichkeiten, während die Experimente auf ein absolutes Minimum reduziert werden.”

“Wir folgen einem computergestützten, datengetriebenen Ansatz für die Erforschung eines neuen Metamaterial-Konzepts und dessen Anpassung an verschiedene Ziel-Eigenschaften, Materialauswahl, Längenskalen und Fertigungsprozesse.“

Neue Möglichkeiten

Mit Hilfe von Maschinellem Lernen entwickelte Bessa zwei Entwürfe, die sich auf verschiedene Längenskalen für das super-kompressible Material konzentrierten, das durch KI entwickelt wurde. Sie verwandelten spröde Polymere in Metamaterialien, die viel leichter und wiederherstellbarer waren. Der wichtigste und beeindruckendste Aspekt dieser neuen Metamaterialien ist, dass sie super-kompressibel sind. Der Makro-Entwurf konzentriert sich auf die maximale Kompressibilität, während der Mikro-Entwurf am besten für hohe Festigkeit und Steifigkeit geeignet ist.

Bessa argumentiert, dass der wichtigste Teil der Arbeit nicht das tatsächlich entwickelte Material ist, sondern die neue Art des Entwerfens durch die Verwendung von Maschinellem Lernen und künstlicher Intelligenz. Dies könnte Möglichkeiten eröffnen, die vorher unbekannt waren.

“Die wichtigste Sache ist, dass Maschinelles Lernen eine Möglichkeit schafft, den Entwurfsprozess umzukehren, indem man von experimentell geleiteten Untersuchungen zu computergestützten, datengetriebenen Untersuchungen wechselt, auch wenn die Computermodelle einige Informationen fehlen. Die wesentlichen Anforderungen sind, dass ‘ausreichend’ Daten über das Problem von Interesse verfügbar sind und dass die Daten ausreichend genau sind.”

Bessa glaubt an die datengetriebene Forschung in der Materialwissenschaft und ihre Fähigkeit, unser Leben zu revolutionieren und zu verändern.

“Datengetriebene Wissenschaft wird die Art und Weise revolutionieren, wie wir neue Entdeckungen machen, und ich kann es kaum erwarten, zu sehen, was die Zukunft uns bringt.”

Übernahme von Anfang bis Ende

Diese neuen Entwicklungen zeigen, dass es Bereiche gibt, die durch KI und Maschinelles Lernen transformiert werden können, die nicht allgemein bekannt sind. Während es bewiesen ist, dass künstliche Intelligenz Maschinen, Technologien und fast jeden anderen Aspekt der Gesellschaft revolutionieren wird, wird es nicht oft anerkannt, dass sie auch diese Dinge vollständig selbst entwickeln können. Es wird einen Punkt geben, an dem Maschinelles Lernen und KI den Entwurfs- und Entwicklungsprozess von Anfang bis Ende übernehmen werden. Es wird bei den Menschen liegen, bestimmte Mechanismen in diesen Technologien zu implementieren, damit sie mit unserem Lebensstil kompatibel sind.