طور باحثون في كلية العلوم التطبيقية والهندسة بجامعة تورنتو الكندية باستخدام التعلم الآلي، مواد ذات هندسة نانوية تتمتع بقوة الفولاذ الكربوني وخفة وزن كالرغوة ما يسهم في مجموعة واسعة من الصناعات، بدءاً من صناعة السيارات إلى الطيران والفضاء.
وقال بيتر سيرليس، المؤلف الأول للدراسة: «المواد المصممة تجمع بين الأشكال عالية الأداء والوزن والصلابة».
تتكون المواد ذات الهندسة النانوية من كتل بناء صغيرة أو وحدات متكررة يبلغ حجمها بضع مئات من النانومترات وسوف يستغرق الأمر 100 منها في صف واحد للوصول إلى سمك شعرة الإنسان. هذه الكتل البنائية، والتي تتكون في هذه الحالة من الكربون، مرتبة في هياكل ثلاثية الأبعاد معقدة تسمى الشبكات النانوية.
وضاعفت هذه الشبكات النانوية المحسنة قوة التصميمات الموجودة بأكثر من الضعف، حيث تتحمل ضغطاً يبلغ 2.03 ميجا باسكال لكل متر مكعب لكل كيلوغرام من كثافتها، وهو ما يزيد بنحو خمسة أضعاف على التيتانيوم.
ويضيف: «نأمل أن تؤدي هذه التصاميم الجديدة للمواد في نهاية المطاف إلى إنتاج مكونات خفيفة الوزن للغاية في تطبيقات الطيران، مثل الطائرات والمروحيات والمركبات الفضائية، والتي يمكنها تقليل الطلب على الوقود أثناء الطيران مع الحفاظ على السلامة والأداء. ويمكن أن يساعد هذا في نهاية المطاف على تقليل البصمة الكربونية العالية للطيران».
«على سبيل المثال، إذا كنت تريد استبدال مكونات مصنوعة من التيتانيوم على متن طائرة بهذه المادة، فسوف تنظر إلى توفير الوقود بمقدار 80 لتراً سنوياً لكل كيلوغرام من المادة التي تستبدلها»، يضيف سيرليس.