ИИ помог химикам создать пластик, который практически невозможно порвать
Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) и Университета Дьюка разработали новый способ создания более прочных пластиков, которые могут дольше служить и сократить количество пластиковых отходов. С помощью искусственного интеллекта (ИИ) они нашли специальные молекулы, которые делают пластик устойчивым к разрывам. Исследование, опубликованное в журнале ACS Central Science, открывает путь к созданию долговечных материалов и уменьшению экологического вреда от пластика.
Что сделали ученые?
Исследователи использовали ИИ, чтобы найти молекулы, называемые механофорами. Это особые химические соединения, которые меняют свои свойства, когда на них действует сила, например при растяжении материала. В данном случае ученые искали молекулы, которые делают пластик более эластичным и прочным, чтобы он не ломался при нагрузке. Они сосредоточились на молекулах под названием ферроцены — это соединения, содержащие железо, зажатое между двумя углеродными кольцами. Ферроцены добавляют в пластик как «спайки», которые связывают длинные молекулярные цепи пластика, делая его прочнее. Представьте это как добавление крепких ниток, которые скрепляют ткань, чтобы она не рвалась.
«Эти молекулы могут быть полезны для создания полимеров, которые будут более прочными при воздействии силы. Вместо того чтобы треснуть или сломаться, вы получаете нечто более упругое», — объясняет Хизер Кулик, профессор MIT и ведущий автор исследования.
Инновация в пластике
Обычно пластик быстро изнашивается или ломается, что приводит к необходимости его замены и увеличению отходов. Новый подход позволяет создавать пластик, который выдерживает намного больше нагрузок и служит дольше. Это может снизить количество производимого пластика и уменьшить его накопление в окружающей среде.
Ученые протестировали одну из молекул, названную m-TMS-Fc, добавив ее в пластик (полиакрилат). В результате этот пластик оказался в четыре раза прочнее, чем пластик с обычным ферроценом. Это значит, что он может выдерживать гораздо большие нагрузки без разрыва.
«Повышение прочности материалов означает увеличение их срока службы, что может привести к сокращению производства пластика в долгосрочной перспективе», — отмечает Ильи Кевлишвили, соавтора исследования
ИИ помог выбрать лучшие ферроцены из тысяч вариантов. Ученые начали с базы данных, содержащей 5000 уже синтезированных ферроценов, и смоделировали, как они ведут себя под нагрузкой. Затем ИИ проанализировал эти данные и предсказал, какие молекулы лучше всего подойдут для укрепления пластика. Например, оказалось, что ферроцены с большими химическими группами на кольцах легче разрываются под силой, что делает их идеальными слабыми сшивками.
«Это было нечто поистине удивительное», — говорит Кулик, отмечая, что ИИ помог найти неожиданные особенности молекул, которые химики не могли предсказать.
Ученые планируют использовать этот подход для создания пластиков, которые могут менять цвет или свойства под нагрузкой. Такие материалы могут стать датчиками напряжения или даже использоваться для доставки лекарств в медицине.
«Механофоры переходных металлов изучены недостаточно, и их создание немного сложнее», — говорит Кулик. Но с помощью ИИ ученые надеются раскрыть их потенциал и создать еще более инновационные материалы.
