机器学习助力研究人员设计出高强度轻型纳米材料

  新华社多伦多1月27日电　一个国际科研团队日前报告说，他们借助机器学习优化设计出新型碳纳米材料，其强度堪比碳钢，却像泡沫塑料一样轻。

  来自加拿大多伦多大学、韩国科学技术院等多家机构的研究人员在美国期刊《先进材料》上发表论文说，这种新型纳米结构材料的微观结构经过人工设计，由大量相同的纳米晶格有规律地排列形成，晶格的几何结构直接影响材料性质，最终使新型碳纳米材料拥有了天然材料所不具备的超常物理特性。

  研究团队采用了多目标贝叶斯优化机器学习算法。该算法通过学习模拟几何结构，预测出能够优化应力分布、提升纳米结构强度－重量比的最佳几何形状，因此得以优化晶格设计、减少材料的内部缺陷。该算法用较少的高质量数据就能完成训练，不像一般的机器学习模型那样需要海量数据。

  利用算法获得几种新的晶格设计方案后，研究人员用3D打印技术制备出了新材料的样本。实验表明，其抗压强度达到碳钢的水平，密度则低于每立方米215千克，与一些泡沫塑料相当。与钛合金相比，新材料能以几分之一的质量达到相同的强度。

  研究人员说，利用类似方法可望设计出结合多种优点的新材料，应用于汽车、航空航天等领域，在提高性能与安全程度的同时降低燃料消耗。