ШІ допоміг створити міцніші полімерні матеріали

Дослідники з MIT і Університету Дюка розробили нову стратегію посилення полімерних матеріалів, яка може зробити пластик більш довговічним і потенційно зменшити кількість пластикових відходів. 

Науковці застосували машинне навчання для виявлення спеціальних молекул-механофорів, які реагують на механічний тиск і можуть зробити пластик стійкішим до розриву.

Ключову роль у дослідженні відіграли залізовмісні сполуки, відомі як фероцени. Вперше їх системно дослідили на предмет здатності функціонувати як слабкі зв’язки, які навпаки зміцнюють матеріал. Коли полімер із такими слабкими ланками розтягується до межі розриву, тріщини «оминають» сильніші зв’язки, проходячи через слабші. Це збільшує загальну кількість зв’язків, які необхідно розірвати, щоб спричинити поломку, тож матеріал стає міцнішим.

Оскільки експериментальна перевірка однієї молекули займає тижні, дослідники застосували нейронну мережу, яка на основі даних про структуру фероценів і їхню механічну реакцію навчилася прогнозувати їхню поведінку під навантаженням. Вони змогли швидко оцінити понад 11 000 варіантів і виявили близько сотні перспективних кандидатів.

Однією з несподіванок стало відкриття, що великі об’ємні замісники на обох кільцях фероцену підвищують ймовірність розриву — ефект, який складно було б передбачити без ШІ.

Після моделювання в лабораторії Дюка синтезували полімер із одним із рекомендованих з’єднань (m-TMS-Fc) і протестували його. Результат — у чотири рази вища стійкість до розриву порівняно з полімером на базі звичайного фероцену.

Це відкриває шлях до створення більш довговічних матеріалів, що потенційно зменшить потребу в новому пластику. У майбутньому команда планує шукати інші типи механофорів, які можуть змінювати колір, активуватись як каталізатори або реагувати на силу в біомедичних застосуваннях — наприклад, для доставки ліків.

За словами авторів, цей підхід значно розширює можливості дослідження маловивчених, але вже синтезованих металовмісних сполук, які можуть знайти застосування в інженерії, хімії й біомедицині.

Нагадаємо, науковці з Університету Еморі використали нейромережу для визначення закономірностей руху частинок у запиленій плазмі.