Пластик будущего: ИИ нашел способ сделать его неуязвимым – раскроем тайну

Ученые из Массачусетского технологического института (mit) и Университета Дьюка разработали инновационный метод создания более прочных пластиков, используя искусственный интеллект (ии).

Это открытие, опубликованное в журнале ACS Central Science, открывает новые перспективы в области материаловедения и может внести значительный вклад в сокращение пластиковых отходов, снизив негативное воздействие пластика на окружающую среду.

Поиск молекул для прочности: роль ИИ

Исследователи использовали ИИ для поиска специальных молекул, называемых механофорами. Это химические соединения, которые изменяют свои свойства при воздействии силы, например, при растяжении материала. В данном исследовании ученые искали молекулы, которые могли бы сделать пластик более эластичным и прочным, чтобы он меньше подвергался разрывам при нагрузке.

Ученые сосредоточились на молекулах под названием ферроцены. Эти соединения, содержащие железо, зажатое между двумя углеродными кольцами, были добавлены в пластик, действуя как "спайки”, скрепляющие длинные молекулярные цепи пластика и повышающие его прочность.

"Эти молекулы могут быть полезны для создания полимеров, которые будут более прочными при воздействии силы. Вместо того чтобы треснуть или сломаться, вы получаете нечто более упругое”, — объясняет Хизер Кулик, профессор MIT и ведущий автор исследования.

Инновация в пластике: долговечность и экологичность

Обычно пластик со временем изнашивается, что приводит к его замене и увеличению количества отходов. Новый подход, разработанный учеными, позволяет создавать пластик, способный выдерживать значительно большие нагрузки и служить дольше. Это потенциально приведет к сокращению производства пластика и уменьшению его накопления в окружающей среде, что является важным шагом к решению экологических проблем.

Ученые протестировали одну из отобранных ИИ молекул, названную m-tms-fc, добавив ее в полиакрилат (тип пластика). В результате, этот новый пластик продемонстрировал в четыре раза большую прочность по сравнению с пластиком, содержащим обычный ферроцен. Это означает, что он способен выдерживать значительно большие нагрузки без разрыва.

"Повышение прочности материалов означает увеличение их срока службы, что может привести к сокращению производства пластика в долгосрочной перспективе”, — отмечает Илья Кевлишвили, соавтор исследования.

ИИ сыграл ключевую роль в выборе лучших ферроценов из тысяч возможных вариантов. Ученые начали с базы данных, содержащей 5000 уже синтезированных ферроценов, и смоделировали их поведение под нагрузкой. Затем ИИ проанализировал эти данные и предсказал, какие молекулы лучше всего подойдут для укрепления пластика.

Например, оказалось, что ферроцены с большими химическими группами на кольцах легче разрываются под силой, что делает их идеальными слабыми сшивками.

Неожиданные открытия и планы на будущее

"Это было нечто поистине удивительное", — говорит Хизер Кулик, отмечая, что ИИ помог найти неожиданные особенности молекул, которые химики не могли предсказать.

Ученые планируют использовать этот подход для создания пластиков, которые могут менять цвет или свойства под нагрузкой. Такие материалы могут стать датчиками напряжения или даже использоваться для доставки лекарств в медицине.

"Механофоры переходных металлов изучены недостаточно, и их создание немного сложнее”, — говорит Кулик.

Но с помощью ИИ ученые надеются раскрыть их потенциал и создать еще более инновационные материалы.

Разработка более прочного пластика с использованием ИИ — это важный вклад в создание экологически чистых материалов. Данный подход может значительно снизить количество пластиковых отходов и открыть новые возможности в различных областях, от производства до медицины.

Интересные факты:

• Пластик разлагается в окружающей среде сотни лет.
• Ежегодно в мире производится более 300 миллионов тонн пластиковых отходов.
• Микропластик обнаружен в океанах, почве и даже в организме человека.
• Переработка пластика является одним из способов уменьшения его негативного воздействия на окружающую среду.