Leicht wie Styropor, belastbarer als Stahl: Neues Nanomaterial wurde mit Hilfe von KI entwickelt
Stabile Materialien mit geringem Gewicht können den Treibstoffverbrauch in der Luft- und Raumfahrt enorm reduzieren. (Symbolfoto: aappp/Shutterstock)
Künstliche Intelligenz wird derzeit immer häufiger dazu eingesetzt, Materialien mit besonders nützlichen, effizienten Eigenschaften zu entwickeln. Menschliche Forschung ohne Unterstützung durch maschinelles Lernen würde für diese Entdeckungen oft Jahrzehnte in Anspruch nehmen.
Wissenschaftler:innen an der Universität Toronto haben mit Material-KI jetzt einen Stoff entwickelt, der für viele Industriezweige äußerst begehrte Eigenschaften besitzt: Er ist einerseits leicht wie Styropor, andererseits so stabil wie die härtesten bekannten Metalle. Ihre Ergebnisse haben die Forschenden im Fachmagazin Advanced Materials veröffentlicht.
Von KI erdachtes Nanogitter: Extrem belastbar, extrem leicht
Bei dem Material handelt es sich um ein Kohlenstoff-Nanogitter, das einer maximalen Spannung von 2,03 Megapascal pro Kubikmeter pro Kilogramm standhalten kann. Damit liegt der Wert fünfmal höher als bei Titan.
In Sachen Druckfestigkeit besitzt der Stoff die gleiche Härte wie Stahl. Trotzdem ist er mit einer Dichte von unter 215 Kilogramm pro Kubikmeter so leicht wie Styropor, das in der Regel bei einem Wert zwischen 125 und 215 Kilogramm pro Kubikmeter liegt.
Neuartige Materialien könnten CO2-Emissionen stark reduzieren
Nanogitter gelten als große Hoffnung in der Materialforschung, da sie meistens sehr leicht und trotzdem hart sind. Laut des Forschungsberichts neigen sie aber dazu, Spannung nicht gut aushalten zu können. Dadurch entstehen trotz der Härte an Kanten schnell Bruchstellen.
Eine Lösung für dieses Problem haben die Wissenschaftler:innen mit Hilfe eines Algorithmus der Koreanischen Universität KAIST (Korean Advanced Institute of Science and Technology) gefunden.
Das Material dürfte zunächst in erster Linie im Flugzeugbau, in der Raumfahrt und der Automobilindustrie gefragt sein. Dort müssen Materialien naturgemäß extremen Kräften standhalten können. Andererseits ist Leichtigkeit erwünscht, um die für die Fortbewegung benötigte Energie reduzieren zu können.
Materialien dieser Art könnten also den Treibstoffverbrauch diverser Fortbewegungsmittel stark verringen und dadurch letztendlich sehr dabei helfen, CO2-Emissionen zu minimieren.
Große Chance für die Forschung: KI hilft immer häufiger bei Material-Entdeckungen
Dass die Wissenschaft mit Hilfe künstlicher Intelligenz neue Materialien entdeckt, könnte in Zukunft immer häufiger vorkommen. Erst kürzlich hat zum Beispiel Microsoft mit MatterGen eine generative KI vorgestellt, die anhand von Textprompts Materialien entwickeln soll.
Während menschliche Forscher:innen oft jahrelang herumexperimentieren und -rechnen müssen, um auf Stoffe mit den gewünschten Eigenschaften zu stoßen, kann die KI in hoher Geschwindigkeit tausende Molekülanordnungen durchspielen, bis eine stabile Anordnung gefunden ist, die die angegebenen Voraussetzungen erfüllt.
Die Entdecker:innen des superleichten und -belastbaren Nanogitters wollen jetzt daran arbeiten, das Material kosteneffizient und in großer Menge herstellbar zu machen. Zeitgleich forschen sie mit der KI weiter an alternativen Werkstoffen.
