Compositi rinforzati con fibre più leggeri e resistenti

I ricercatori del Gwangju Institute of Science and Technology, in Corea, hanno sviluppato uno schema per la progettazione dei compositi rinforzati con fibre (FRC) che ne aumenta la leggerezza e la resistenza meccanica.

Rendere i compositi rinforzati con fibre (FRC) più leggeri mantenendo la resistenza meccanica e la rigidità, in modo da ridurre il consumo di energia di automobili, aerei e altri veicoli. A questo mira il nuovo approccio ideato dai ricercatori del Gwangju Institute of Science and Technology, in Corea, che prevede l’uso dell’intelligenza artificiale.

I compositi rinforzati con fibre (FRC) sono una classe di sofisticati materiali ingegneristici composti da fibre rigide incorporate in una matrice morbida. Sarebbero un’alternativa interessante per aerei, veicoli spaziali e altri veicoli, in cui è essenziale avere una struttura leggera, ma sono spesso più pesanti del necessario per soddisfare gli standard applicativi.

La progettazione di compositi rinforzati con fibre

Per affrontare questo problema, il gruppo di ricerca, guidato dal professor Jaewook Lee, ha sviluppato un nuovo approccio per la progettazione inversa di FCR con dimensioni e orientamento delle fibre spazialmente variabili, noto anche come “compositi funzionalmente graduati”. Il metodo si basa su una “ottimizzazione della topologia multiscala“, che consente di trovare automaticamente la struttura composita con la migliore classificazione funzionale data una serie di parametri e vincoli di progettazione.

«L’ottimizzazione della topologia è una tecnica di progettazione basata sull’intelligenza artificiale che, per generare una forma strutturale ottimale, ricorre a una simulazione al computer invece che sull’intuizione e sull’esperienza del progettista» spiega il professor Jaewook Lee. A differenza di approcci esistenti simili, la metodologia proposta può determinare simultaneamente la struttura composita tridimensionale ottimale insieme alle densità delle fibre su microscala e agli orientamenti delle fibre.

I vantaggi possono estendersi ben oltre le applicazioni nei veicoli e nella robotica. Come continua Lee: «La nostra metodologia potrebbe aiutare a sviluppare veicoli e macchinari più efficienti dal punto di vista energetico attraverso la diminuzione del peso, che ridurrebbe il loro consumo di energia e, a sua volta, contribuirebbe a raggiungere la neutralità del carbonio».