几十年来，工程师们一直在寻找既轻便又坚固的材料，要是一种材料放松分量的同期又不捐躯耐用性的话，那么它会变得异常有用，高出是在航空航天行业，因为每放松一克分量皆不错简易无数燃料并擢升性能。

铝钛合金是航空航天的传统材料，它相对较轻同期强度又很高，但有其局限性；碳纤维的出现诚然改造了游戏规矩，但也并非莫得污点，举例它并不耐磨，不成能像铝钛合金那样用于航空发动机。

为了征战和抑制材料科学的极限，加拿大的一个商酌团队转向了纳米结构材料——在纳米圭表上联想结构，以最大终端地擢升材料强度和放松分量。

他们从大当然中继承灵感，师法骨骼、贝壳以至蜂巢中的结构。

但联想这些结构并非易事，挑战在于创建均匀散布应力的几何方式，且幸免可能启动失效的薄短处。

为了克服这些阻难，商酌东谈主员转向了贝叶斯优化，这是一种东谈主工智能（AI）方式，擅长在无数选项中找到最好联想。

△低密度下高抗压强度碳纳米晶格生成联想的多目的贝叶斯优化，图源：AdvancedMaterials

悉数进程从算法生成数千种潜在联想启动。

每种联想皆在臆造环境中使用有限元分析进行测试（有限元分析是一种瞻望材料在压力下进展的琢磨武艺），然后算法检阅其联想，迭代联想出强度和刚度最大化、分量最小化的结构。

东谈主工智能提供了一份优化联想的节略列表之后，该团队使用双光子团聚时候（这是一种不错创建纳米级精度结构的 3D 打印时候）物理创建了所提议的材料。

运用这种时候，他们制造出由厚度仅为300至600纳米的梁构成的晶格，这些晶格（6.3x6.3x3.8毫米）由 1875 万个单位构成。

终末进行热解，这一进程通过在富氮环境中将团聚物加热到900摄氏度将其升沉为玻璃碳。

这些经过东谈主工智能优化的纳米晶格强度比畴昔的联想跨越一倍以上，它们可承受每立方米每千克密度 2.03 兆帕的压力。

换句话说，它比好多轻质材料——如铝钛合金，以至是某些方式的碳纤维的强度跨越10倍以上，比钛跨越约5倍。

这是东谈主工智能初次应用于优化纳米结构材料，让东谈主感到惶恐的是，东谈主工智能不仅仅从检修数据中复制奏凯的几何方式，而是从方式的哪些变化有用、哪些无效中学习，从而使其梗概瞻望全新的晶格几何方式。

还有一个问题，是什么让这些纳米晶格变得如斯坚固？

谜底在于碳在纳米圭表上的独到性质。

商酌东谈主员发现，将碳梁的直径减小到300纳米时，其强度可权贵擢升，这是由于一种称为“尺寸效应”的泄气，即材料在极小的圭表上进展不同（尺寸越小则强度越高）。

在纳米圭表上，碳原子以最大化强度的神气罗列，碳梁的外层由94%的sp? -碳构成，这种碳方式以出色的强度和刚度而盛名。

这种高纯度碳壳与梁的优化几何方式相纠合，使材料梗概承受雄壮的力量而不会断裂。

终末

商酌东谈主员预计，这种材料的潜在影响可能会远远超出执行室鸿沟。

更轻的部件不错减少燃料需求并裁减排放，由这种材料制成的超轻部件可能很快会为飞机、直升机和航天器提供能源。

凭证该商酌的商酌东谈主员估算，要是用这种材料替换现存飞机上由钛制成的部件的话，那么每替换一公斤钛，每年就不错简易 80 升燃料。

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