Les experts réduisent les temps de recherche de nouveaux alliages à haute entropie de 13000 fois grâce à Cuckoo Search

Un obstacle majeur à la conception informatique des alliages à haute entropie a été supprimé, selon des scientifiques de l’Iowa State University et de Lehigh University. Les ingénieurs du laboratoire Ames et du département de génie mécanique et mécanique de l’Université Lehigh ont développé un processus qui réduit le temps de recherche utilisé pour la conception prédictive de 13 000 fois.

Selon Ganesh Balasubramanian, professeur agrégé à Lehigh, le but de la recherche de l’équipe était d’accélérer la modélisation informatique d’alliages complexes. Les outils disponibles pour créer une distribution aléatoire des atomes dans les modèles de simulation de matériaux, dit-il, sont utilisés depuis de très nombreuses années maintenant et sont limités dans leur portée pour la génération rapide de modèles.

En plus d’être gourmande en ressources et de manquer d’exhaustivité, dit Balasubramanian, la durée nécessaire pour générer des modèles robustes pour les simulations de matériaux est longue, même avec les progrès de la superinformatique. L’équipe a maintenant surmonté cet obstacle en développant une version hybride d’un algorithme appelé Cuckoo Search, qui s’inspire de la stratégie évolutive des Cuckoo Birds.

«La rapidité du temps de résolution n’était pas surprenante, mais la réduction du facteur de temps – 13 000 fois – était en effet surprenante», déclare Balasubramanian. « Ce qui a pris environ une journée à accomplir peut maintenant être fait en quelques secondes. Cet outil peut accélérer la génération de modèles, mais aussi permettre la création de systèmes physiquement réalisables qui peuvent maintenant être directement comparés à des échantillons expérimentaux. »

La recherche est décrite dans un article publié dans Science computationnelle de la nature appelé « Accélérer la modélisation par ordinateur et la conception d’alliages à haute entropie ». En plus de Balasubramanian, les auteurs comprennent: Duane D. Johnson, faculté d’ingénierie à l’Université d’État de l’Iowa et professeur au laboratoire Ames, ainsi que Rahul Singh, Aayush Sharma et Prashant Singh.

Les alliages à haute entropie sont des alliages qui sont formés en mélangeant des proportions égales ou relativement importantes de cinq éléments ou plus. Balasubramanian travaille spécifiquement avec des alliages à plusieurs éléments principaux, une nouvelle classe de matériaux et un sur-ensemble d’alliages à haute entropie qui sont des alliages formés en mélangeant des proportions importantes et variables de plusieurs éléments. Ceux-ci sont différents des alliages conventionnels tels que l’acier, qui est principalement constitué de fer. Des études préliminaires ont démontré que les alliages à plusieurs éléments principaux ont une résistance mécanique et une dureté supérieures, ce qui les rend idéaux comme revêtement protecteur sur des composants tels que les aubes de turbine, les implants médicaux, les surfaces de navires et les pièces aérospatiales.

« Le but de notre travail à ce sujet était d’optimiser la conception des alliages et, en raison des résultats, nous espérons que cela changera les pratiques de conception des matériaux pour le mieux », déclare Balasubramanian.

Il existe de nombreux domaines qui utilisent l’optimisation tels que les marchés boursiers, le commerce et la conception de systèmes d’ingénierie. Bien que développé en utilisant des simulations de matériaux comme banc d’essai, cet outil de calcul est applicable à tout domaine de travail nécessitant une optimisation, explique Balasubramanian.