Forte como aço e leve como espuma – a IA criou novos materiais para espaço e transporte

A escolha tradicional de materiais para veículos é pequena: em todos os casos, a primeira coisa a considerar é o peso e um compromisso entre resistência e leveza. O advento da impressão 3D abriu uma nova página nesta área, permitindo, devido à complexa arquitetura interna das “escoras”, reduzir o peso das peças sem comprometer a sua resistência. O aprendizado de máquina vira a próxima página, ajudando a prever a melhor nanoarquitetura de materiais para obter resistência máxima.

Um material de 18,7 milhões de células em uma rede no topo de uma bolha de sabão. Fonte da imagem: Peter Serles/Universidade de Engenharia de Toronto

Pesquisadores da Faculdade de Ciências Aplicadas e Engenharia da Universidade de Toronto usaram o aprendizado de máquina para desenvolver materiais nanoestruturados que possuem a resistência do aço carbono e a leveza da espuma de poliestireno. Um artigo baseado nos resultados do trabalho foi publicado em 23 de janeiro de 2025 na revista Advanced Materials. O artigo descreve o processo de criação de nanomateriais cujas propriedades combinam extrema resistência, leveza e personalização. Esta abordagem poderia beneficiar uma ampla gama de indústrias, desde a automotiva até a aeroespacial.

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Ao envolver colegas da Coreia do Sul (KAIST) na busca por uma solução, que conduziram aprendizado de máquina em determinados parâmetros usando otimização bayesiana multiobjetivo, os pesquisadores foram capazes de prever as melhores configurações geométricas de nanoestruturas em termos de distribuição ideal de tensão no material.

De acordo com os cálculos, uma impressora 3D de polimerização de dois fótons localizada no Centro de Pesquisa e Aplicação de Tecnologias Fluídicas (CRAFT) imprimiu amostras de material nanoarquitetônico na forma de redes de carbono otimizadas. Os testes mostraram que a resistência do novo material é cinco vezes maior que a do titânio.

Fonte da imagem: Materiais Avançados 2025

Os materiais nanoarquitetônicos apresentados pelos cientistas consistem em pequenos blocos – elementos repetidos com várias centenas de nanômetros de tamanho. Seriam necessários mais de 100 desses elementos seguidos para atingir a espessura de um fio de cabelo humano. Esses blocos de construção, feitos de carbono, estão dispostos em estruturas tridimensionais complexas chamadas nanoredes. Se, por exemplo, as fuselagens dos aviões forem feitas com esses materiais, elas poderão voar mais longe com o mesmo suprimento de combustível devido à diminuição do peso sem perda de resistência.

É possível que esta seja a chave para a criação dos carros voadores do futuro. Atualmente, o seu desenvolvimento é limitado pela capacidade da bateria, mas a redução de peso devido a novos materiais poderia permitir que esses veículos voassem mais e mais longe.