Ученые применили машинное обучение для разработки кислотостойкого материала не теряющего свойств при деформации
Исследователи из Университета Северной Каролины в Штате разработали инновационный метод создания сверхэластичного материала, способного отталкивать практически любые жидкости, включая агрессивные кислоты и растворители, даже после многократных и экстремальных деформаций.
Вместо традиционного нанесения химических спреев, которые склонны к разрушению при сильном растяжении, ученые применили лазерную абляцию, управляемую искусственным интеллектом. Этот подход позволил отказаться от использования вредных растворителей и создать на поверхности материала особую текстуру, обеспечивающую суперомнифобные свойства — способность отталкивать любые жидкости, от воды до самых едких химикатов.
Ключевая проблема предыдущих технологий заключалась в том, что нанесенные покрытия отслаивались при растяжении материала более чем на 100%. Ранее команда под руководством Аруна Кумара Коты, доцента кафедры машиностроения и аэрокосмической техники, пыталась решить эту проблему, добавляя на поверхность микровыступы перед напылением, что позволяло сохранять защитные свойства на вершинах этих структур. В новой работе ученые пошли дальше и полностью исключили этап напыления, используя лазер для одновременного создания как микровыступов, так и необходимой шероховатости поверхности.
Поскольку лазерная абляция предполагает миллионы возможных комбинаций параметров (мощность, скорость, частота импульсов), исследователи применили машинное обучение. Нейросеть, получив на вход желаемый угол скольжения капли и технические параметры, быстро определила оптимальные настройки, избавив ученых от бесчисленных экспериментов методом проб и ошибок.
Полученный оптимизированным лазером материал на основе силоксанового эластомера сохранял свои суперомнифобные свойства при растяжении до 400% от исходной длины и выдержал более 5000 циклов растяжения-расслабления без потери качества. Ученые подчеркивают, что их метод не только эффективнее, но и экологичнее и экономичнее традиционных подходов, открывая путь к созданию «зеленых» технологий производства.
По словам исследователей, разработка найдет широкое применение в самых разных областях: от создания защитных текстильных покрытий и «умной» электроники, работающей в агрессивных средах, до разработки мягкой робототехники и искусственной кожи, способной выдерживать экстремальные химические и механические нагрузки.
Результаты работы в научном журнале Matter.