Les chercheurs de la Faculté des sciences appliquées et de l’ingénierie de l’Université de Toronto ont créé des matériaux nano-architecturés améliorés. Grâce à leurs particularités, ces derniers pourraient profiter à de nombreux secteurs, tels que l’automobile, l’aéronautique et l’aérospatial. Pour concevoir ces matériaux améliorés, les scientifiques ont collaboré avec le professeur Seunghwa Ryu et l’étudiant au doctorat Jinwook Yeo du Korea Advanced Institute of Science & Technology (KAIST) à Daejeon, en Corée du Sud. Pour arriver à leur fin, ils ont utilisé le machine learning (IA) et une imprimante 3D à polymérisation à deux photons. Découverte !
Des matériaux nano-architecturés améliorés
D’après les chercheurs, ces matériaux ont des propriétés exceptionnelles, leur permettant d’être particulièrement résistants comme l’acier au carbone et ultra-légers comme la mousse. Les scientifiques ont dû trouver une solution au problème de concentration de contraintes, qui entraîne généralement une défaillance et une rupture locale précoce des matériaux. Le professeur Tobin Filleter explique que « les formes et géométries de treillis standard utilisées ont tendance à avoir des intersections et des angles aigus, ce qui conduit au problème des concentrations de contraintes […] En réfléchissant à ce défi, j’ai réalisé qu’il s’agissait d’un problème parfait pour l’apprentissage automatique ». Notons que les matériaux nano-architecturés sont constitués de minuscules blocs de construction ou d’unités répétitives mesurant quelques centaines de nanomètres. Pour atteindre l’épaisseur d’un cheveu humain, il en faudrait plus de 100 d’entre eux disposés en rangée.
Apprentissage automatique d’optimisation bayésienne multi-objectif
Comme susmentionné, pour pallier au problème de concentration de contraintes, les chercheurs se sont tournés vers l’apprentissage automatique d’optimisation bayésienne multi-objectif (MOBO). Les chercheurs indiquent que pour prédire les meilleures géométries possibles afin d’améliorer la distribution des contraintes et le rapport résistance/poids des conceptions nano-architecturées, cet algorithme a appris à partir de géométries simulées. « C’est la première fois que l’apprentissage automatique a été appliqué pour optimiser les matériaux nano-architecturés, et nous avons été surpris par les améliorations […] De plus, avec le MOBO, nous avons pu travailler avec un ensemble de données beaucoup plus petit, mais de très haute qualité », explique Peter Serles. Hormis le machine learning, les chercheurs ont également utilisé une imprimante 3D à polymérisation à deux photons, dans le Centre de recherche et d’application en technologies fluidiques (CRAFT). Cette technologie de fabrication additive permet l’impression 3D à l’échelle micro et nano, créant des nanoréseaux de carbone optimisés pouvant supporter une contrainte de 2,03 MPa/m³/kg de sa densité (environ 5 fois plus élevé que le titane).
Application potentielle dans le secteur aéronautique et aérospatial
Les chercheurs espèrent que ces nouveaux matériaux améliorés permettront à terme de créer des composants ultralégers pour les avions, les hélicoptères et les engins spatiaux, et qui pourront réduire grandement leurs besoins en carburant. « Si vous remplacez, par exemple, les composants en titane d’un avion par ce matériau, vous économiserez 80 litres de carburant par an pour chaque kilogramme de matériau remplacé […] Cela peut finalement contribuer à réduire l’empreinte carbone élevée des vols », souligne Peter Serles. Ils prévoient prochainement de se concentrer sur l’amélioration de la mise à l’échelle de ces conceptions nano-architecturées pour permettre la fabrication de composants macroscopiques rentables. Par ailleurs, l’équipe de recherche entend explorer de nouvelles conceptions pour concevoir des matériaux nano-architecturés avec une densité encore plus faible, mais toujours plus résistants et rigides. Plus d’infos sur advanced.onlinelibrary.wiley.com. Je vous invite à partager votre avis, vos remarques ou nous signaler une erreur dans le texte, cliquez ici pour publier un commentaire .
Vraiment formidable. Dommage que les français ne se soient pas investis dans ce domaine. Et avec la réduction des moyens accordés à la recherche ça ne va pas s’arranger.
Mon souhait serait que notre gouvernement s’implique et en fasse profité notre industrie en premier. Au lieu de laisser les étranger se l’approprié a nos dépand. Nous avons les industries capable de déveloper des produits chez nous pour nous et ensuite nos alliés. Bombardier , deHaviland, en sont un grand exemple. Et l’industrie maritime du Canada en faire bon usage aussi. Chez nous avant tout. Messieux les politiciens. Réveillez vous.