Ingenieros de la Universidad de Maryland (UMD) han desarrollado un modelo que combina el aprendizaje automático y la robótica colaborativa para superar los desafíos en el diseño de materiales utilizados en tecnología verde portátil.
El método rápido para crear materiales de aerogel utilizados en aplicaciones de calefacción portátiles, dirigido por Po Yin Chen, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la UMD, se publicó el 1 de junio en la revista Comunicaciones de la naturaleza– Puede automatizar el proceso de diseño de nuevos contenidos.
Similares a los geles a base de agua, pero fabricados con aire, los aerogeles son materiales livianos y porosos que se utilizan en aislamiento térmico y tecnologías portátiles, debido a su resistencia mecánica y flexibilidad. Pero a pesar de su naturaleza aparentemente simple, las líneas de montaje de aerogeles son complejas. Los investigadores se basan en experiencias temporales y métodos basados en la experiencia para explorar un espacio de diseño y materiales de diseño más amplios.
Para superar estos desafíos, el equipo de investigación combinó experiencia en robótica, algoritmos de aprendizaje automático y ciencia de materiales para permitir el diseño rápido de aerogeles con propiedades mecánicas y eléctricas programables. Su modelo predictivo está diseñado para producir productos sostenibles con una tasa de precisión del 95 por ciento.
“Los ingenieros en ciencias de materiales a menudo tienen dificultades para adoptar diseños de aprendizaje automático debido a la falta de datos experimentales de alta calidad. Nuestro flujo de trabajo, que combina robótica y aprendizaje automático, no solo mejora la calidad de los datos y la tasa de recopilación, sino que también ayuda a los investigadores a navegar por el complejo. espacio de diseño”, dijo Chen.
Los aerogeles fuertes y flexibles del equipo se combinaron con nanoláminas conductoras de titanio, así como con ingredientes naturales como celulosa (un compuesto orgánico que se encuentra en las células vegetales) y gelatina (una proteína derivada del colágeno que se encuentra en los tejidos y huesos de los animales).
El equipo afirma que su dispositivo se puede ampliar para satisfacer otras aplicaciones en el diseño de aerogeles, como la tecnología ecológica utilizada en la limpieza de derrames de petróleo, el almacenamiento de energía sostenible y productos de energía térmica como las ventanas aislantes.
“La combinación de estos enfoques nos coloca a la vanguardia del diseño de materiales con propiedades complejas adaptadas. Estamos aprovechando esta nueva plataforma de producción a escala para crear aerogeles con propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas únicas para entornos operativos hostiles”. “, dijo Eleonora Tubaldi, profesora asistente de ingeniería mecánica y coautora del estudio.
De cara al futuro, el grupo de Chen realizará estudios para comprender las microestructuras responsables de las propiedades de flexibilidad y resistencia del aerogel. Su trabajo ha sido apoyado por una subvención del proyecto del equipo Grand Challenges de la UMD para el diseño programable de alternativas plásticas naturales, otorgada conjuntamente al profesor de ingeniería mecánica de la UMD Teng Li.
