زمانی که محققین آزمایشگاه ملی ساندیا، هوجون لیم و دیوید مونتز د اوکا زاپاین، شروع به کار بر روی نرم افزاری برای سرعت بخشیدن به شبیه سازی مواد کردند، تنها با یک ایده شروع کردند. اکنون پس از گذشت هشت سال، آنها نرم افزارهای برنده جوایزی و آماده برای استفاده دارند که معتقدند می تواند در تولید متحول شود.
Materials Data Driven Design یا MAD³، یادگیری ماشین و علم مواد را ترکیب می کند تا در عرض چند دقیقه پیش بینی کند که فلزات چگونه در سناریوهای ساخت دنیای واقعی تغییر شکل می دهند. آنها می گویند این ابزاری است که می تواند تأثیر زیادی بر خودروسازی، هوافضا و فلزکاری و همچنین دانشگاه ها و آزمایشگاه های تحقیقاتی داشته باشد.
Montes de Oca Zapiain گفت: «این هیجان انگیز است که چیزی را که از دامنه تحقیقات توسعه داده شده است، بگیریم و ببینیم که آن را به یک محصول آماده برای استفاده می رساند.
اگرچه MAD³ در پروژه‌های مختلف در Sandia استفاده شده است، اما هدف این است که مجوز آن را دریافت کند و در دست شرکت‌های سراسر کشور برای پیشبرد و سرعت بخشیدن به تولید آمریکایی باشد.
چالش های تولید
شرکت‌ها می‌توانند میلیون‌ها دلار در سال برای شبیه‌سازی، آزمایش و آزمایش هزینه کنند تا اطمینان حاصل کنند که موادی که انتخاب می‌کنند می‌توانند در اجزای طراحی‌شده قالب‌بندی شوند.
لیم گفت: «فلزات از دانه‌ها یا کریستال‌هایی با اندازه میکرو تشکیل شده‌اند و جهت‌گیری آنها استحکام جهت یا مکانیکی را تعیین می‌کند که معمولاً به آن ناهمسانگردی پلاستیک می‌گویند. “زمانی که به یک ماده در جهات مختلف نیرو وارد می کنید، پاسخ متفاوتی را در تغییر شکل مشاهده خواهید کرد و این به طور مستقیم بر استحکام، آسیب یا شکل پذیری ماده تاثیر می گذارد. در تولید، توانایی شکل دادن یا شکل دادن به قطعات ورق فلزی تا حد زیادی به درک این خواص بستگی دارد.”
انجام آزمایش‌ها هنوز دقیق‌ترین روش برای تعیین ویژگی‌های مواد در نظر گرفته می‌شود، اما گران و در بسیاری موارد غیرعملی است.
Montes de Oca Zapiain می‌گوید: «وقتی می‌خواهید یک جزء را تغییر دهید، یک موتور، هواپیما یا ماشین کامل نمی‌سازید.
به همین دلیل، بسیاری از شرکت ها از شبیه سازی های کامپیوتری با کیفیت بالا برای انجام تست های مجازی استفاده می کنند. اما این آزمایش ها می توانند دست و پا گیر باشند. آنها نیاز به محاسبات گسترده دارند، هفته ها طول می کشد تا اجرا شوند، و نیاز به دسترسی به ابررایانه ها و کارشناسانی دارند که می دانند چگونه آنها را اجرا کنند.
به همین دلیل بود که Montes de Oca Zapiain و Lim MAD³ را ساختند. این زوج علم مواد و تخصص هوش مصنوعی خود را ترکیب کردند تا چیزی را ایجاد کنند که معتقدند می تواند انقلابی باشد.
Montes de Oca Zapiain گفت: “ما نقاط درد اثبات شده در صنعت را هدف قرار داده ایم.” “با MAD³، راه حل های سریع و دقیقی را با استفاده از یادگیری ماشین دریافت می کنید. شما فقط داده های خود را وارد می کنید و در چند ثانیه به نتیجه می رسید.”
چه چیزی MAD³ را متفاوت می کند
MAD³ با سایر نرم افزارهای شبیه سازی متفاوت است زیرا از تکنیک های یادگیری ماشین و علم مواد برای بهبود سرعت و حفظ دقت استفاده می کند. دانش را از 70000 شبیه‌سازی با وفاداری بالا با استفاده از یادگیری عمیق استخراج می‌کند – به‌ویژه، یک مدل شبکه عصبی متغیر با استنتاج بیزی. MAD³ آماده استفاده در هر سیستم عاملی است و نیازی به دانستن نحوه کدنویسی توسط کاربران ندارد.
لیم گفت: «هدف اصلی ما این بود که استفاده از آن را تا حد امکان آسان کنیم. “هر کسی می تواند از آن استفاده کند.”
Montes de Oca Zapiain و Lim می‌گویند که MAD³ در ابتدایی‌ترین شکل خود می‌تواند هزینه‌ها و زمان را برای تولیدکنندگان کاهش دهد. آنها همچنین اخیراً این نرم افزار را برای عملکرد در سطوح بالاتر توسعه داده اند و شامل آلیاژهای فلزی جدید می شود.
Montes de Oca Zapiain گفت: “با قابلیت اصلی آن، می‌توانیم به شما بگوییم که یک ماده چه قابلیت‌های تغییر شکلی دارد. اکنون می‌توانیم برعکس عمل کنیم.” “اگر یک ویژگی هدف را مشخص کنید، می توانیم ساختار داخلی بهینه را تعیین کنیم.”
Lim و Montes de Oca Zapiain در حال بررسی شراکت بالقوه با یک خودروساز بزرگ ایالات متحده، یک شرکت هوافضا، یک شرکت دفاعی و سایبری، و یک طراح و سازنده موتور هواپیما هستند.
آنها می گویند که این نرم افزار برای رفع نیازهای تولید طراحی شده است که حاصل سال ها تحقیق و توسعه و گفتگو با 120 مشتری بالقوه است.
لیم گفت: «ما از مصاحبه‌ها و دریافت بازخورد چیزهای زیادی یاد گرفتیم. “این واقعاً چشمان ما را به آنچه واقعاً در بخش تولید مورد نیاز است باز کرد. این برنامه نه تنها بر اساس دیدگاه علمی، بلکه بر اساس پیشنهادات و بازخوردهای متخصصان صنعت، دانشگاه و آزمایشگاه‌های ملی است.”
Montes de Oca Zapiain می‌گوید: «ما آموخته‌ایم که ایده‌های عالی همیشه محصولات عالی تولید نمی‌کنند. “این محصولی بود که از طریق فرآیند کشف مشتری ایجاد شد.”
اختراع برنده جایزه
Montes de Oca Zapiain و Lim در سال 2023 جایزه R&D 100 را برای MAD³ دریافت کردند که افتخاری قابل توجه بود. اما آنها نمی توانند صبر کنند تا ببینند اختراع آنها در صنعت آمریکا چگونه کار می کند.
MAD³ اکنون برای صدور مجوز از Sandia در دسترس است.
Montes de Oca Zapiain و Lim امیدوارند که بتواند انقلابی در تولید ایجاد کند.
Montes de Oca Zapiain گفت: «این یک سفر واقعاً روشنگر بود. “اگر ما فقط با علم پیش می رفتیم، به مسیر دیگری می رفت. این نرم افزار بر آنچه در صنعت تجربه می شود متمرکز است. ما آن نقاط دردناک را هدف قرار می دهیم.”
لیم گفت: “فکر می‌کنم این اولین باری بود که برخی از کارهایم را از رایانه‌ام حذف می‌کردم و آن را با افراد زیادی به اشتراک می‌گذاشتم. بنابراین تجربه بسیار مفیدی بود.”
MAD³ در سری کشفیات آزمایشگاه ملی وزارت انرژی در ژانویه 2026 نشان داده شد.
گزینه صدور مجوز:
برای اطلاعات مجوز MAD³،
