یک مقاله تحقیقاتی جدید یک رویکرد الگوریتمی برای توسعه مواد جدید پیشنهاد می‌کند و برخی از آنها ممکن است در چاپ سه بعدی مفید باشند.
تحقیقات انجام شده توسط دانشگاه لیورپول می تواند در آینده بسیار عمیق باشد. به نظر می رسد آنها راهی برای پیش بینی ساختار مواد با توجه به اتم هایی که مولکول ها را تشکیل می دهند، ایجاد کرده اند.
ساختار یک ماده تا حد زیادی خواص فیزیکی آن را تعیین می کند. به عنوان مثال، ماده ای با ساختار بلوری پیچیده می تواند سفتی و استحکام را نشان دهد، در حالی که یک ماده انعطاف پذیر ساختار مولکولی کاملاً متفاوتی دارد.
در عملیات تولید افزودنی، به ویژه در حوزه فلزی، ما اغلب مهندسانی را می‌یابیم که چاپگرهای سه بعدی خود را تنظیم می‌کنند تا چاپ‌هایی با ساختار کریستالی مناسب تولید کنند. به این ترتیب استحکام قطعات را تضمین می کنند.
امروزه این کار با آزمایش گسترده و تغییر سرعت، دما، رطوبت و عوامل دیگر انجام می شود.
اما اگر بتوان این کار را به روشی کاملاً متفاوت انجام داد، چه؟ اگر می‌توانستید مستقیماً با اتم‌ها یک ماده طراحی کنید، چه می‌شد؟
محققان آنچه را که توسعه داده اند توضیح می دهند:
در اینجا نشان می‌دهیم که ساختار یک ماده کریستالی را می‌توان با تضمین انرژی توسط الگوریتمی پیش‌بینی کرد که با ترکیب بهینه‌سازی ترکیبی و پیوسته، تمام موقعیت‌های اتمی ناشناخته را در یک سلول واحد پیدا می‌کند. ما وظیفه ترکیبی یافتن کمترین تخصیص دوره‌ای انرژی همه اتم‌ها روی یک شبکه را به‌عنوان یک مسئله بهینه‌سازی ریاضی برنامه‌ریزی اعداد صحیح رمزگذاری می‌کنیم، و شناسایی تضمینی بهینه جهانی را با استفاده از الگوریتم‌های به خوبی توسعه‌یافته ممکن می‌سازد. سپس یک کمینه‌سازی محلی بعدی از تخصیص اتم‌های حاصل به طور مستقیم به ساختارهای صحیح مواد معدنی کلیدی می‌رسد و بهینه بودن انرژی آنها را تحت فرضیات روشن اثبات می‌کند.
معنی آن چیست؟ آنها این بیانیه را ارائه می دهند:
این فرمول پیش‌بینی ساختار بلوری ارتباطی با نظریه الگوریتم‌ها برقرار می‌کند و وضعیت انرژی مطلق مواد مشاهده‌شده یا پیش‌بینی‌شده را ارائه می‌دهد.»
به عبارت دیگر، می توان محاسبه کرد که یک ماده چه کاری انجام می دهد.
مت روسینسکی، پروفسور دانشگاه لیورپول گفت:
اکنون با اطمینان در پیش‌بینی ساختارهای کریستالی این فرصت را فراهم می‌کنیم که از کل فضای شیمی دقیقاً کدام مواد را می‌توان سنتز کرد و ساختارهایی را که آنها اتخاذ خواهند کرد، شناسایی کرد و برای اولین بار به ما توانایی تعریف پلت فرم را می‌دهد. فناوری های آینده.»
حال، بیایید پیامدهای این توسعه را در نظر بگیریم. ابتدا این سوال را بپرسید: “اتم ها را به چند روش می توان کنار هم قرار داد؟”
پاسخ زیادی است”.
آزمایش مواد جدید به صورت فیزیکی برای یافتن مواد بهینه بسیار زمان بر خواهد بود و هرگز به طیف کامل احتمالات مولکولی نزدیک نخواهد شد. اما اگر این کار را به صورت محاسباتی انجام می دادید، هیچ محدودیتی وجود ندارد. شما می توانید مواد را تا زمانی که شما از طریق قدرت CPU در مشکل پیدا کنید.
محققان می گویند کار آنها “مسیری را برای غلبه بر انفجار ترکیبی پیکربندی های اتمی” باز خواهد کرد. پیش‌بینی آنها این است که این کار می‌تواند برای کمک به جایگزینی عناصر کمیاب یا سمی با معادل‌های جدیدی که راحت‌تر تولید و استفاده می‌شوند، مورد استفاده قرار گیرد.
پل اسپیراکیس، پروفسور دانشگاه لیورپول گفت:
ما موفق شدیم یک الگوریتم کلی برای پیش‌بینی ساختار کریستالی ارائه کنیم که می‌تواند در ساختارهای مختلف اعمال شود. جفت کردن کمینه سازی محلی به برنامه ریزی اعداد صحیح به ما این امکان را می دهد که موقعیت های اتمی ناشناخته را در فضای پیوسته با استفاده از روش های بهینه سازی قوی در یک فضای گسسته کشف کنیم.
هدف ما کشف و استفاده از ایده های الگوریتمی بیشتر در ماجراجویی زیبای کشف مواد جدید و مفید است. پیوستن به تلاش های شیمیدانان و دانشمندان کامپیوتر، کلید این موفقیت بود.
این یک پیشرفت مهم برای شیمی و علم مواد است و ممکن است در آینده برای شناسایی مواد مفید برای چاپ سه بعدی استفاده شود. این فناوری الزامات زیادی دارد که کاملاً با کاربردهای معمولی متفاوت است و ممکن است بتوان با استفاده از این رویکرد به جستجوی مواد قابل چاپ سه بعدی پرداخت.
از طریق طبیعت
منبع: https://www.fabbaloo.com/news/algorithmic-approach-to-material-development-implications-for-3d-printing
