Нов метод опростява процеса на създаване на комплексни материали

04.08.2023   |   Начало»Технологии

Редактор
Мира Станкова

Редактор
Мира Станкова

Инженерите са в постоянно търсене на материали с нови комбинации от свойства, за да предложат решение на актуални предизвикателства в редица индустрии. Така например, използването на един свръхздрав и в същото време лек материал може да спомогне за намаляване на потреблението на гориво на самолетите и автомобилите, а един порест и биомеханично съвместим материал може да е полезен при изработката на костни импланти.
 
Т. нар. клетъчни метаматериали – изкуствени структури, съставени от отделни елементи или клетки, които се повтарят в различна последователност, могат да се окажат търсеното решение. Създаването им обаче не е никак лесно, тъй като е трудно да се разбере коя клетъчна структура ще доведе до желаните свойства. Дори ако се фокусирате върху структури, направени от по-малки градивни елементи или взаимосвързани греди или тънки пластини, броят на възможните комбинации е безкраен. Ръчно инженерите могат да разучат само малка част от всички хипотетично възможни клетъчни метаматериали.
 
Изследователи от Масачузетския технически институт (MIT) и Научния и технологичен институт на Австрия смятат, че са намерили решение на проблема. Те създават компютърна техника, с чиято помощ се улеснява бързото проектиране на клетки метаматериал от всеки един от тези малки градивни елементи и оценяването на свойствата на получените метаматериали.

Специализирана CAD система за метаматериали

Подходът им, подобно на специализирана CAD система за метаматериали, позволява на инженерите бързо да моделират дори много сложни метаматериали и да експериментират с дизайни, чието проектиране иначе би им отнело дни. Лесният за използване интерфейс също позволява да се обследват всички възможни форми на метаматериалите, тъй като всички градивни елементи са налични.

Специфични за метода на изследователите от MIT и Научния и технологичен институт на Австрия са начинът за изобразяване на формите на възможните градивни елементи на метаматериалите и лесните за използване инструменти, които позволяват на потребителите бързо да конструират дори много сложни типове метаматериали като например тройно периодични минимални повърхности (TPMS).

В края на процеса системата представя графично цялата процедура, показвайки всяка операция, която потребителят е направил, за да достигне до финалната структура – всички върхове, ръбове, инструменти, трансформации и операции за удебеляване.

Графично представяне на всеки един етап от процеса

В потребителския интерфейс проектантите могат да видят предварителен изглед на структурата във всеки един етап от процеса на конструиране и директно да предвидят определени свойства като например стабилността й. След това могат да променят някои параметри и да я оценят отново, докато постигнат подходящия дизайн.

Изследователите използват системата, за да пресъздадат структури, които обхващат много уникални класове метаматериали. Веднъж щом проектират скелетите, структурата на всеки метаматериал се генерира за секунди. Те също така създават алгоритми за автоматизирани изследвания, като при един от проведените тестове алгоритъмът предлага над 1000 потенциални структури за около час.

В бъдеще изследователите искат да подобрят техниката така, че системата да може да моделира по-голямо разнообразие от форми. Те също искат да продължат да изследват използването на алгоритми за автоматично генериране. В дългосрочен план биха искали да могат да използват системата и за обратно проектиране, при което след определяне на желаните свойства на материали алгоритъм ще открива материала с оптималната структура.

Ключови думи: MIT   материали   метаматериали   TPMS  

Област: Технологии