Yapay zeka ve robotik, giyilebilir teknoloji için sürdürülebilir aerojel tasarımını geliştiriyor.

Maryland Üniversitesi'ndeki (UMD) mühendisler, giyilebilir yeşil teknolojide kullanılan malzemelerin tasarımındaki zorlukların üstesinden gelmek için makine öğrenimi ve işbirlikçi robotiği birleştiren bir model geliştirdi.

UMD Kimya ve Biyomoleküler Mühendisliği Bölümü'nde yardımcı doçent olan Po-Yen Chen'in liderliğinde, giyilebilir ısıtma uygulamalarında kullanılan aerojel malzemelerin oluşturulmasında kullanılan ve Nature Communications dergisinde yayınlanan hızlandırılmış yöntem, yeni malzemeler için tasarım süreçlerini otomatikleştirebilir.

Su bazlı jellere benzeyen, ancak bunun yerine hava kullanılarak üretilen aerojeller, mekanik mukavemetleri ve esneklikleri nedeniyle ısı yalıtımı ve giyilebilir teknolojilerde kullanılan hafif ve gözenekli malzemelerdir. Ancak basit gibi görünen yapılarına rağmen, aerojel montaj hattı karmaşıktır; araştırmacılar geniş bir tasarım alanını keşfetmek ve malzemeleri tasarlamak için zaman yoğun deneylere ve deneyime dayalı yaklaşımlara güvenmektedir.

Bu zorlukların üstesinden gelmek için araştırma ekibi, programlanabilir mekanik ve elektriksel özelliklere sahip aerojellerin hızlandırılmış tasarımını sağlamak için robotik, makine öğrenimi algoritmaları ve malzeme bilimi uzmanlığını birleştirdi. Geliştirdikleri tahmin modeli, %95 doğruluk oranıyla sürdürülebilir ürünler üretmek üzere tasarlanmıştır.

"Malzeme bilimi mühendisleri genellikle yüksek kaliteli deneysel verilerin azlığı nedeniyle makine öğrenimi tasarımını benimsemekte zorlanıyor. Robotik ve makine öğrenimini birleştiren iş akışımız, yalnızca veri kalitesini ve toplama oranlarını artırmakla kalmıyor, aynı zamanda araştırmacılara karmaşık tasarım alanında gezinme konusunda da yardımcı oluyor,” diyor Chen.

Ekibin güçlü ve esnek aerojelleri, iletken titanyum nano tabakaların yanı sıra selüloz (bitki hücrelerinde bulunan organik bir bileşik) ve jelatin (hayvan doku ve kemiklerinde bulunan kolajen türevi bir protein) gibi doğal olarak oluşan bileşenler kullanılarak yapıldı.

Ekip, araçlarının petrol sızıntısı temizliğinde kullanılan yeşil teknolojiler, sürdürülebilir enerji depolama ve yalıtım pencereleri gibi termal enerji ürünleri gibi aerojel tasarımındaki diğer uygulamaları karşılamak için de genişletilebileceğini söylüyor.

"Bu yaklaşımların harmanlanması, bizi uyarlanabilir karmaşık özelliklere sahip malzeme tasarımının sınırına getiriyor. Zorlu çalışma ortamları için benzersiz mekanik, termal ve elektriksel özelliklere sahip aerojeller tasarlamak üzere bu yeni ölçek büyütme üretim platformundan yararlanmayı öngörüyoruz,” diyor makine mühendisliğinde yardımcı doçent olan ve çalışmada işbirliği yapan Eleonora Tubaldi.

İleriye dönük olarak Chen'in grubu, aerojel esnekliği ve mukavemet özelliklerinden sorumlu mikro yapıları anlamak için çalışmalar yürütecek.