في عالم علم المواد، تعتبر تعاون الذرات والجزيئات مثل سيمفونية، حيث يلعب كل مكون دوره الحاسم في بناء المستقبل. تركز إحدى المجالات في هذا الصدد على إيجاد التوازن المثالي بين الصلابة والمرونة في المواد. قام علماء معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومختبر الذكاء الاصطناعي وعلوم الكمبيوتر (CSAIL) ببذل جهود كبيرة للتغلب على هذا التحدي وابتكروا نهجاً مبتكراً باستخدام التصميم الحاسوبي لاستخلاص كامل إمكانات المواد المتراكبة.
إن الفريق البحثي بقيادة بيتشن لي، بدأ بدراسة مساحة تصميمية واسعة تتكون من نوعين من المواد الأساسية: واحدة صلبة وهشة والأخرى ناعمة ولينة. كان هدفهم اكتشاف هياكل دقيقة مثالية تظهر توازنًا مثاليًا بين القوة والمرونة. لتسهيل هذه العملية ، استخدم الفريق الشبكات العصبية كنماذج بديلة للمحاكاة ، مما أدى إلى تقليل الوقت والموارد المطلوبة لتصميم المواد بشكل كبير.
بدأ الباحثون بطباعة المواد الفوتوبوليمرية ثلاثية الأبعاد وإجراء التعديلات المحددة مثل النتوءات الصغيرة والقطوعات ذات الشكل المثلثي. بعد تعريض العينات لمعالجة مخصصة باستخدام الأشعة فوق البنفسجية ، قاموا بتقييم أداء المواد باستخدام اختبار الشد. في الوقت نفسه ، استخدموا محاكاة متطورة للتنبؤ بخصائص المواد وتحسينها قبل خلقها حتى بدنيًا.
إن السحر الحقيقي لنهجهم يكمن في تقنية الربط بين مواد مختلفة على نطاق مجهري. عن طريق الاستفادة من نمط من الجسم الصلب الملتصق والمادة المرنة، تحققوا التوازن المرغوب فيه بين القوة والمرونة. كانت المحاكاة متطابقة تقريباً مع نتائج الاختبارات الفعلية ، مما يؤكد فعالية المنهج.
للتنقل في المناظر التصميمية المعقدة للهياكل الميكروسكوبية ، قام الفريق بتطوير خوارزمية “تحسين متعدد الأهداف المعتمدة على الشبكات العصبية” (NMO). تقوم هذه الخوارزمية بتحسين التنبؤات بشكل مستمر ، وتجسر الفجوة بين المحاكاة والتجارب العملية في العالم الحقيقي.
على الرغم من التحديات التي واجهتها في عملية البحث ، مثل الحفاظ على الاتساق في طباعة ثلاثية الأبعاد ودمج التنبؤات الشبكية العصبية والمحاكاة والتجارب ، فإن الفريق ما يزال ملتزمًا بجعل العملية أكثر سهولة استخدامًا وقابلة للتوسع. الرؤية النهائية هي تأتيموتويتم بالكامل ، من التصنيع إلى الاختبار والحسابات ، في إعداد مختبر متكامل.
تتجاوز آثار هذه الدراسة مجال التيار الميكانيكي الصلب. يمكن تكييف منهجية تطوير فريق MIT CSAIL في مجالات متنوعة ، بما في ذلك الكيمياء البوليمرية ، وديناميكا السوائل ، وعلم الأرصاد الجوية ، وروبوتيات. مع إمكانية تحسين أداء ومتانة مجموعة متنوعة من الصناعات من خلال استخدام المواد المتراكبة المحسّنة ، تفتح هذه الدراسة العديد من الفرص للابتكار.
الأسئلة المتكررة:
س: ما هو هدف البحث الذي قام به علماء MIT CSAIL؟
ج: كان الهدف هو العثور على هياكل دقيقة تظهر توازنًا بين القوة والمرونة في المواد.
س: كيف اقترب الباحثون من الهدف؟
ج: استكشفوا مساحة تصميمية تتكون من نوعين من المواد الأساسية ، باستخدام الشبكات العصبية كنماذج بديلة للمحاكاة لتقليل الوقت والموارد المطلوبة.
س: ما هي التقنيات التي استخدمها الباحثون في الدراسة؟
ج: استخدموا طباعة ثلاثية الأبعاد ، ومعالجة الضوء فوق البنفسجي ، واختبار الشد ، ومحاكاة متطورة لتنبؤ وتحسين خصائص المادة.
س: ما هو خوارزمية “تحسين متعدد الأهداف المعتمدة على الشبكات العصبية” (NMO)؟
ج: إنه خوارزمية تم تطويرها من قبل الفريق للتعامل مع المناظر التصميمية المعقدة للهياكل الميكروسكوبية وتحسين التنبؤات بشكل مستمر.
س: ما هي التطبيقات المحتملة للمنهجية المطورة؟
ج: يمكن تكييف منهجية التصميم في مجالات متنوعة ، بما في ذلك الكيمياء البوليمرية وديناميكا السوائل وعلم الأرصاد الجوية وروبوتيات ، مع إمكانية تحسين أداء ومتانة مجموعة متنوعة من الصناعات.
The source of the article is from the blog dk1250.com