Учёные обманули природу: создан металл, бросающий вызов законам физики

Самые прочные металлы, известные человечеству, — сплавы с несколькими основными элементами (MPEA) — получили шанс стать ещё надёжнее и долговечнее.

Именно эти сверхматериалы сегодня спасают жизни в ортопедии (замена суставов и костные пластины), удерживают в небе самолёты, очищают выхлопы автомобилей и работают в энергетических установках. Но что, если их прочность можно увеличить ещё в разы? Команда исследователей под руководством Санкета Дешмукха, доцента кафедры химической инженерии, нашла ответ в неожиданном месте — в искусственном интеллекте (ИИ).

Традиционно создание сверхсплавов было сродни лотерее: учёные методом проб и ошибок комбинировали металлы, тратили годы и миллионы долларов, но результат часто оказывался далёким от идеала.

Дешмукх и его команда решили сломать эту систему. Вместо слепого перебора они вооружились объяснимым ИИ — особым видом искусственного интеллекта, который не просто выдаёт прогнозы, но и объясняет, почему принял то или иное решение. Фактически, это конец эпохи "чёрных ящиков", когда машина говорила "так надо", но не говорила "почему". Новый подход позволил заглянуть вглубь процессов, происходящих внутри сплава на атомарном уровне.

Результат не заставил себя ждать: был создан сплав с доселе невиданными механическими свойствами.

Всё дело в особой синергии элементов. MPEA-сплавы, состоящие из трёх и более металлов (медь, алюминий, магний и другие), давно славятся своей термостойкостью, твёрдостью и коррозионной устойчивостью. Но где предел их возможностей? Команда Дешмукха использовала метод SHAP (анализ влияния каждого элемента на конечные свойства материала) и получила ключ к пониманию того, как именно алюминий с медью "договариваются" внутри кристаллической решётки, создавая неуязвимость сплава.

Фактически, искусственный интеллект научили не просто прогнозировать, а разговаривать с материалами. Машина быстро "просмотрела" миллионы комбинаций, выдав оптимальные формулы сплавов для конкретных задач: например, один состав для самолётов, другой — для долговечных медных проводов, третий — для имплантов, способных выдерживать нагрузку десятилетиями.

По словам Фанси Вана, одного из ключевых исследователей проекта, теперь процесс разработки из "дорогого гадания" превращается в чёткий научный алгоритм. Машинное обучение и эволюционные алгоритмы (своего рода "цифровая эволюция Дарвина" для металлов) позволили не просто улучшать свойства, но и понимать их природу.

Самое любопытное, что этот прорыв — плод междисциплинарного сотрудничества. Санкет Дешмукх объединил усилия не только с материаловедами (Тайрел Маккуин из Университета Джона Хопкинса), но и с экспертами по биоматериалам (Марен Роман из Технологического института Вирджинии).

Аспирантка Аллана Иваницки, синтезировавшая опытные образцы сплавов, признаёт: соединение вычислительных методов и лабораторных экспериментов дало синергию, невозможную ещё пять лет назад. "Это как соединить небо и землю — биологию и неорганическую химию", — говорит она.

Но и это не финал. Вычислительная платформа, созданная для металлов, уже адаптируется под более сложные задачи: гликоматериалы (полимеры с углеводами), которые могут перевернуть упаковочную индустрию, косметологию и даже пищевые технологии.

Фактически, перед нами не просто улучшение одного класса веществ, а универсальный конструктор материалов будущего. Дешмукх подчёркивает: сотрудничество в рамках двух платформ Национального научного фонда доказывает, что на стыке вычислений, синтеза и анализа характеристик рождаются не просто открытия, а целые научные эпохи.

Уточнения

Иску́сственный интелле́кт в самом широком смысле — это интеллект, демонстрируемый машинами, в частности компьютерными системами.