هوش مصنوعی و رباتیک طراحی هواژل‌ها ارتقا می‌دهند

به گزارش نسیم صبا از تک‌اکسپلور، این روش جدید برای تولید مواد هواژل مورد استفاده در کاربردهای گرمایشی پوشیدنی که با هدایت پو-ین چن استادیار دانشکده شیمی و مهندسی بیومولکولی ابداع شده است. نتایج این تحقیق در نشریه «ارتباطات طبیعت» انتشار یافته است و می‌تواند فرایندهای طراحی برای مواد جدید را خودکارسازی (automate) کند.

هواژل یا ایروژل (aerogels) یک ماده تولیدی است که کمترین چگالی را در میان مواد جامد دارد. این ماده از یک ژل به دست می‌آید که در آن قسمت مایع ژل با گاز جایگزین می‌شود. نتیجه این فرایند ماده‌ای جامد با چگالی بسیار کم و ویژگی قابل‌توجه در زمینه عایق گرمایی است.

همچنین اروژل‌ها مشابه ژل‌های مبتنی بر آب هستند اما با استفاده از هوا ساخته می‌شوند و از این رو موادی سبک و متخلخل هستند که به علت قدرت مکانیکی و انعطاف‌پذیری آنها، در عایق‌سازی گرمایی و فناوری‌های پوشیدنی استفاده می شوند. اما بر خلاف ماهیت ظاهرا ساده، خط تولید هواژل‌ها پیچیده است و محققان بر آزمایش های زمان‌بر و رویکردهای مبتنی بر تجربه برای کاوش در حوزه‌ای وسیع و طراحی این مواد متکی هستند.

گروه تحقیقاتی یاد شده برای غلبه بر این چالش ها، علم رباتیک را با الگوریتم‌های یادگیری ماشین و تجربه مهندسی مواد ترکیب کردند تا بتوانند امکان تسریع در طراحی هواژل‌ها را با خصوصیات مکانیکی و برقی قابل برنامه‌ریزی را فراهم سازند. مدل پیش بینی آنها برای تولید مواد پایدار با نرخ دقت ۹۵ درصد ساخته شده است.

چن در این خصوص خاطرنشان کرد: مهندسان علوم مواد به علت کمبود داده‌های تجربی با کیفت بالا، اغلب برای تطبیق دادن و استفاده از طراحی یادگیری ماشین دچار مشکل هستند. کار ما که رباتیک را با یادگیری ماشین ترکیب می‌کند، نه تنها کیفیت داده و نرخ مجموعه را ارتقا می‌دهد بلکه همچنین به محققان در هدایت و راهبری فضای پیچیده طراحی یاری می رساند.

هواژل‌های قوی و منعطف این تیم تحقیقاتی با استفاده از ورقه‌های نانوی تیتانیوم و نیز اجزای طبیعی مانند سلولز (ترکیب ارگانیک یافت شده در سلول‌های گیاهی) و ژلاتین (یک پروتئین ساخته شده از کولاژن یافت شده در بافت و استخوان حیوانی) ساخته شده اند.

این محققان می گویند که ابزار آنها همچنین قابل گسترش است و می توان از آن در کاربردهای دیگر در طراحی اروژل مانند فناوری‌های سبز مورد استفاده در پاکسازی آلودگی‌های نفتی و محصولات انرژی گرمایی مانند پنجره‌های عایق بهره بردای کرد.

گروه تحقیقات چن در ادامه این کار، مطالعاتی را برای شناخت ریزساختارهای مسئول انعطاف و قدرت اروژل‌ها انجام خواهند داد.