Grazie all’utilizzo dell’ingegneria nanometrica sono riusciti a realizzare un materiale composto da montanti in carbonio in grado di conferire al prodotto finito elevatissimi livelli di robustezza fisica e meccanica senza andare ad aumentarne però il peso.

La stessa quantità di massa del nostro materiale risulta essere molto più efficiente nel fermare un proiettile rispetto alla stessa quantità di massa di Kevlar

Queste le parole di Carlos Portela, Assistant Professor di Ingegneria Meccanica al MIT, Responsabile del Progetto di Ricerca.

Il materiale è stato realizzato presso il Caltech tramite una tecnica che utilizza un laser ad alta potenza per solidificare le microstrutture in una resina fotosensibile, seguendo uno schema ripetuto a tetracaidecaedro: una nano architettura che gli conferisce resistenza alla flessione. Dopo aver modellato la struttura reticolare, la resina in eccesso è stata tolta e il materiale è stato inserito in un forno sottovuoto per la conversione del polimero in carbonio ultraleggero.

Per testare la resistenza del materiale ad impatti ad altissima velocità, il team di ingegneri del MIT ha poi utilizzato una tecnica per la creazione di impatti tramite particelle indotte da un laser, accelerate verso il bersaglio a velocità comprese tra i 40 e i 1.100 metri al secondo. 

Supersonico è qualcosa che si muove ad una velocità superiore a 340 metri al secondo, che è la velocità del suono nell’aria a livello del mare. Alcuni esperimenti da noi effettuati hanno raggiunto facilmente il doppio della velocità del suono.
                                                                            

spiega Carlos Portela. 

Realizzato in due densità differenti, tramite l’utilizzo di una telecamera ad alta velocità, il team ha potuto constatare che il materiale più denso era il più resistente dei due e le microparticelle tendevano ad incorporarsi nel materiale piuttosto che essere respinte. 

Il vantaggio di questo materiale consisterebbe proprio in questa capacità di assorbire molta energia andando a generare un meccanismo di compattazione degli urti dei montanti progettati su scala nanometrica.

Non solo: i ricercatori sono anche riusciti a prevedere la tipologia e l’intensità del danno che il materiale può sopportare.

Il materiale realizzato che ha uno spessore millimetrico, più sottile di un capello, grazie alla sua capacità di resistenza agli impatti e urti più elevata dell’acciaio, dell’alluminio o del Kevlar, offre innumerevoli possibilità applicative per il futuro, dalla difesa all’aerospazio. 

Per approfondire:

Portela, C. M., Edwards, B. W., Veysset, D., Sun Y., Nelson, K. A., Kochmann, D. M., Greer, J. R. (2021) Supersonic impact resilience of nanoarchitected carbon, Nature Materials, 24 June 2021, DOI https://doi.org/10.1038/s41563-021-01033-z

L'articolo In arrivo un nuovo materiale ultraleggero e più resistente di acciaio e Kevlar proviene da Osservatorio C Quadra.

Un processore fotonico che utilizza particelle di luce all’interno dei chip di silicio: lo studio innovativo condotto dagli scienziati dell’EPFL, di IBM Research di Zurigo e delle Università di Oxford, Münster, Exeter, Pittsburgh potrebbe rivelarsi cruciale per esaudire le sempre più intense esigenze di calcolo dell’era digitale.

Stare al passo con la crescita esponenziale del traffico dati può essere arduo. L’impiego sempre più massivo delle tecnologie di apprendimento automatico e intelligenza artificiale nei più svariati ambiti di applicazione esige processori dal potenziale ampio.

L’architettura ideata dal team di ricercatori offre una possibile soluzione. L’elaborazione di attività matematiche complesse e l’archiviazione contemporanea di dati avviene molto più rapidamente impiegando processori basati sulla luce. I chip elettronici convenzionali sono estremamente più lenti.

Lo studio, esito della fruttuosa collaborazione di diversi prestigiosi gruppi di ricercatori, è apparso recentemente sulla rivista Nature. Quella dell’eterogeneo team di accademici è la prima ricerca ad applicare tali tecnologie nel campo delle reti neurali artificiali.

“I processori basati sulla luce per velocizzare le attività nel campo dell’apprendimento automatico consentono di elaborare complesse attività matematiche ad alta velocità e produttività”

Professore Wolfram Pernice, Università di Münster

Le reti neurali alla base delle applicazioni AI, algoritmi che simulano il cervello umano, operano attraverso moltiplicazioni matrice-vettore. I ricercatori hanno implementato un acceleratore hardware per eseguire tali moltiplicazioni su più set in parallelo. Un risultato ottenuto facendo riferimento a un’altra tecnologia innovativa dell’EPFL: un pettine di frequenza basato su chip come fonte di luce.

Il pettine di frequenza fornisce una varietà di lunghezze d’onda ottiche elaborabili indipendentemente l’una dall’altra all’interno dello stesso chip fotonico. Ciò permette di analizzare discrete mole di dati in parallelo sfruttando il multiplexing, calcolo simultaneo sulle lunghezze d’onda.

I chip fotonici sono stati realizzati con materiali a cambiamento di fase, del tipo solitamente impiegato nell’elaborazione di immagini e dati audio. Successivamente sono stati testati su una rete neurale progettata per riconoscere numeri scritti a mano.

La velocità dei processori fotonici rispetto ai chip convenzionali basati sul trasferimento elettronico garantirebbe una serie di vantaggi in un ampio ventaglio di applicazioni. Maggiore portata di elaborazione simultanea degli algoritmi di intelligenza artificiale, analisi di una mole più ampia di dati clinici, ottimizzazione delle performance per i sensori dei veicoli a guida autonoma: reti neurali più grandi e capacità di calcolo potenziata permettono valutazioni più accurate.

Fonte:

J. Feldmann, N. Youngblood, M. Karpov, H. Gehring, X. Li, M. Stappers, M. Le Gallo, X. Fu, A. Lukashchuk, A.S. Raja, J. Liu, C.D. Wright, A. Sebastian, T.J. Kippenberg, W.H.P. Pernice, H. Bhaskaran (2021) Parallel convolutional processing using an integrated photonic tensor core, Nature 589, pages 52–58 

Lo studio è stato finanziato da EPSRC, Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), European Research Council, European Union’s Horizon 2020 Research and Innovation Programme (Fun-COMP), Studienstiftung des deutschen Volkes.

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