科學(xué)家使用AI和機器學(xué)習(xí)識別廢金屬，轉(zhuǎn)化為高性能3D打印火箭部件

2025年6月8日，南極熊獲悉，伍斯特理工學(xué)院 (WPI) 獲得 630 萬美元資助，用于一項開創(chuàng)性的計劃：通過利用廢金屬快速生產(chǎn)高質(zhì)量零部件，從而改變增材制造技術(shù)。這項由美國國防高級研究計劃局 (DARPA)資助的創(chuàng)新型增材制造方法旨在確保即使在資源最匱乏的環(huán)境中也能生產(chǎn)關(guān)鍵零部件，包括傳統(tǒng)供應(yīng)鏈?zhǔn)芟薜膽?zhàn)場或偏遠的搜救地點。

新穎的解決方案

這項名為“從廢料到火箭”的計劃采用機器學(xué)習(xí)方法識別廢金屬和混合合金等材料，并了解它們在熔化、混合和3D打印之前如何反應(yīng)和結(jié)合，最終形成堅固可靠的新部件。傳統(tǒng)的3D打印方法需要精心控制材料并反復(fù)進行測試和調(diào)整，而這在現(xiàn)實環(huán)境中并不總是可行的。

丹尼爾·科特（Danielle Cote）是伍斯特理工學(xué)院機械與材料工程系的副教授，也是項目的首席研究員，他說道：“這項工作至關(guān)重要，因為它讓我們能夠滿懷信心地利用未知來源的材料制造出高質(zhì)量的組件。我們的目標(biāo)不僅僅是構(gòu)建一個單一的解決方案，而是創(chuàng)建一個指導(dǎo)未來創(chuàng)新的框架。通過改進我們對材料性能的預(yù)測和理解，我們可以為利用各種不可預(yù)測的來源材料實現(xiàn)增材制造的新進展鋪平道路。”

項目將利用伍斯特理工學(xué)院（WPI）博士生斯蒂芬·普萊斯開發(fā)的人工智能軟件來預(yù)測不同成分下的材料行為，從而優(yōu)化和自動化表征過程。通過簡化流程，產(chǎn)品可以快速生產(chǎn)，同時又不會犧牲耐用性和強度。

研究人員將設(shè)計一個概念驗證探空火箭來測試混合金屬的結(jié)構(gòu)完整性并測量性能和可靠性。

△科學(xué)家利用廢金屬開發(fā)出 3D 打印火箭部件；圖片：伍斯特理工學(xué)院

廣泛的應(yīng)用場景

除了國防應(yīng)用外，這項工作還廣泛應(yīng)用于能源和交通運輸?shù)?/font>行業(yè)。這種方法可部署在潛艇、航空母艦、救災(zāi)區(qū)以及傳統(tǒng)供應(yīng)鏈難以維持的偏遠地區(qū)。通過解決材料性能、設(shè)備尺寸和預(yù)測模型精度等關(guān)鍵風(fēng)險，這項創(chuàng)新正在為更具彈性和可持續(xù)性的制造解決方案鋪平道路，這些解決方案既能滿足應(yīng)急響應(yīng)的需求，也能滿足長期基礎(chǔ)設(shè)施需求。

作為項目的一部分，WPI 團隊將與分包商合作，其中包括兩家 WPI 校友領(lǐng)導(dǎo)的公司、西門子以及兩家來自加州的小型企業(yè)：NightshadeCorporation 將負責(zé)將廢金屬轉(zhuǎn)化為粉末，Citrine Informatics 將專注于人工智能和機器學(xué)習(xí)。這凸顯了該項目在勞動力發(fā)展中的關(guān)鍵作用。通過整合先進的材料信息學(xué)、人工智能驅(qū)動的決策和創(chuàng)新的增材制造技術(shù)，該計劃正在幫助培養(yǎng)下一代工程師和科學(xué)家，確保擁有一支能夠在未來維持和擴展這些創(chuàng)新的熟練勞動力隊伍。

資助項目的分包商Solvus Global的首席執(zhí)行官Aaron Birt表示：“制造業(yè)的未來是眾多學(xué)科的交叉融合，包括軟件、機器人、人工智能、材料科學(xué)和機械工程。這是一個難得的機會，它展現(xiàn)了在地球、月球乃至更遠的任何地方提供制造解決方案所需的廣泛技術(shù)專長。這一提議展現(xiàn)了研究團隊構(gòu)想和交付未來解決方案的真正能力。”

項目撥款分包商 VALIS Insights 的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Emily Molstad 表示：“VALIS 的成立旨在提供賦能技術(shù)，最大限度地回收寶貴材料，造福子孫后代。我們看到，隨著原材料生產(chǎn)商和制造商力求確保可靠的廢料供應(yīng)，并提高回收利用率以降低成本，回收行業(yè)正日益垂直整合。通過該項目開發(fā)的技術(shù)將不僅在偏遠、資源匱乏的地區(qū)，而且在整個回收價值鏈中，釋放出更高水平的升級改造能力，并有可能增強國內(nèi)制造能力。”

在伍斯特理工學(xué)院，除了Cote之外，助理研究教授Kyle Tsaknopoulos也將與幾名博士生、碩士生和本科生一起參與該項目。項目預(yù)計將于2027年11月完成。