Физик ЧелГУ описал поведение металлической пены с помощью нейросети
Ассистент кафедры общей и теоретической физики физического факультета Челябинского государственного университета Фаниль Латыпов провёл теоретическое исследование деформации пористых металлов с использованием молекулярно-динамического моделирования и машинного обучения и на заседании диссертационного Совета при ЧелГУ успешно защитил кандидатскую диссертацию.
Физикам известно, что поры неизбежно присутствуют в металлических изделиях, но могут быть созданы специально. Металлические пены могут быть изготовлены из различных металлов, таких как алюминий, никель, титан, медь, магний и т.д. В работе Фаниля Латыпова в качестве объектов исследования были выбраны пористые медь, алюминий и магний.
Занимаясь теоретическим исследованием, учёный использовал нейронную сеть − инструмент, которому в последнее время уделяют много внимания. Главной целью стала разработка теоретической модели поведения пористой среды при динамических воздействиях на основе применения машинного обучения.
«Я моделировал динамическое деформирование пористых металлов, – поясняет физик ЧелГУ. – Искусственная нейронная сеть была использована как метод описания сложного поведения пористого металла при его нагружении. Нейронная сеть – очень гибкий и мощный инструмент с большим количеством подгоночных параметров, который хорошо воспроизводит тенденции в данных».
В процессе теоретического исследования Фаниль Латыпов сравнивал два подхода машинного обучения – искусственную нейронную сеть и микромеханическую модель с автоматизированным подбором параметров, для описания механических свойств пористых металлов.
«Методы машинного обучения, такие как, например, искусственные нейронные сети, могут использоваться для создания модели поведения пористых металлов и очень эффективны для этого, – утверждает Фаниль Латыпов. – Обученную искусственную нейросеть можно в дальнейшем применять в многомасштабном моделировании деформации пористых материалов для того, чтобы создавать металлы с заданными свойствами и потом использовать их в промышленности и технических устройствах».
«Спектр использования пористых металлов огромен, – отмечает Фаниль Латыпов. – Металлические пены можно использовать в качестве теплоизолирующих материалов, из-за их низкой теплопроводности. А ещё пористые металлы способны более эффективно поглощать энергию ударной волны, звука и вибрации. Благодаря своим уникальным свойствам они могут найти применение в авиационной, оборонной, морской и строительных отраслях. Помимо технических устройств, пористые металлы могут использоваться в медицине, к примеру пористый магний вызывает интерес как один из перспективных материалов для каркаса костной ткани, поскольку его свойства близки к качествам губчатого вещества кости человеческого организма».
Добавим, результаты проведённой работы были представлены на девяти научных конференциях; опубликованы в четырёх статьях и восьми тезисах докладов в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ и входящих в систему цитирования Scopus.
