Ученые из Сибири создали цифрового помощника для разработчиков эластомеров

Исследователи НГУ и ВолгГТУ представили уникальную базу данных с искусственным интеллектом, включающую более 5000 рецептур эластомеров — полимерных материалов, обладающих высокой эластичностью. На данный момент это самая большая база данных по эластомерным материалам в России.

Работа по проекту ведется большой группой специалистов — к работе привлечены специалисты также других вузов и промышленных предприятий. Координацию работ ведет Центр НТИ по новым функциональным материалам во главе с директором Центра Александром Квашниным.

Эластомеры, или резины, — это материалы с высокой эластичностью. Они используются в самых разных областях техники, от авиации и автомобилей до судостроения и нефтяной промышленности. Их применение постоянно расширяется. В автомобиле 50-х годов было около 28 резиновых деталей, а сегодня их более 500. Вместе с этим растут и требования к эластомерам. Материалы все чаще работают на пределе своих возможностей, подвергаются термическим и химическим воздействиям, жестким механическим и фрикционным нагрузкам, а также динамическим воздействиям.

Создание банка данных является ядром разработки ВолгГТУ и НГУ. На текущий момент в нем уже более 5000 рецептур эластомеров, и база продолжает расширяться. При включении рецептуры в банк данных специалисты проводят верификацию — проверяют, уточняют рецептуры и оценивают их качество. В базе отражены как ингредиенты (состав), так и свойства эластомеров, технологические режимы. На основе этих данных формируется справочник, в котором материалы группируются и классифицируются, что облегчает поиск и работу с базой.

Банк данных оборудован модулями машинного обучения и нечеткого поиска. Они основаны на технологиях искусственного интеллекта. Эти модули находят закономерности в составах, строят зависимость «состав-свойство» и поддерживают блок автоматизированного проектирования материалов. Благодаря интеллектуальному анализу данных можно с высокой точностью (более 90%) предсказать свойства нового материала, используя информацию о его составе.

В случае отсутствия рецепта с заданными характеристиками, разработка нового рецепта будет осуществляться с помощью интерактивной программы для создания рецептур эластомерных материалов. Программа использует базу данных свойств компонентов, входящих в состав материала.

Поскольку в рецептуре эластомерных материалов используется множество компонентов, программа должна выбрать наилучшее их сочетание. Для этого она перебирает большое количество вариантов (более ста тысяч) и выбирает оптимальный. Это значительно упрощает и ускоряет процесс создания нового состава.

Следующий важный компонент компьютерного материаловедения — это программа для расчета теплофизических свойств полимерных композиционных материалов по химической формуле (рассчитывается до 16 свойств). Она используется для оценки свойств используемых компонентов. Программа содержит достаточно большую базу данных теплофизических характеристик компонентов, входящих в состав материала. При отсутствии справочных данных эти характеристики могут быть рассчитаны по программе прогнозирования характеристик по химической формуле.

Еще один инструмент, над которым сейчас работают ученые, — это имитационное многофакторное моделирование на основе математических моделей, описывающих прогрев материала с физико-химическими превращениями по всему объему материала. Эта программа использует сложные многофакторные модели, позволяющие достаточно надежно рассчитать необходимую толщину теплозащитного покрытия, не прибегая к весьма дорогостоящим экспериментам с использованием установок с натурными реактивными двигателями.

В планах НГУ коммерциализировать данную разработку, предлагая партнерам два варианта сотрудничества: либо приобрести лицензию на доступ к базе данных и программному продукту, либо использовать услугу в рамках абонентского обслуживания – технической поддержки разработок партнера. Технологией проектирования новых эластомеров уже заинтересовались компании, которые представляют отрасли нефтепереработки, производства шин и резиновую промышленность.