Akustik kumaşlarda yapay zeka devrimi: Ses emici desenler dakikalar içinde bulunuyor

Fransa’daki École Centrale de Lyon/CNRS Triboloji ve Sistem Dinamikleri Laboratuvarı ile Japonya’daki Tohoku Üniversitesi İleri Malzeme Araştırmaları Enstitüsü (WPI-AIMR) ve RIKEN iTHEMS araştırmacıları, akustik tekstil tasarımını hızlandıran bir yöntem geliştirdi. Communications Materials dergisinde yayımlanan çalışma, fizik tabanlı simülasyonları makine öğrenimiyle birleştiriyor. İpliklerin mikroskobik dizilimi ve örgü desenleri, ses dalgalarının kumaş içindeki hareketini belirliyor. 

Ancak yalnızca 10’a 10’luk bir dokuma örgüsünde bile milyarlarca kombinasyon bulunması ve tek bir ayrıntılı akustik simülasyonun bir saatten uzun sürmesi, uygun desenin seçilmesini güçleştiriyor.

SİMETRİYE GÖRE SINIFLANDIRMA 

Araştırmacılar, önce temel üretim ve bağlantı koşullarını karşılayan kumaş desenleri oluşturdu. Bu desenler, dönel ve ayna simetrisi dahil dört farklı tekrarlayan simetri grubuna ayrıldı. Yapay zeka algoritması, desenleri yapısal benzerliklerine göre bir tasarım haritasına yerleştirdi.

Ardından seçilen örneklerin akustik simülasyonlarından elde edilen veriler kullanılarak model eğitildi. Böylece geniş tasarım alanının her noktasını ayrıntılı simülasyonlarla incelemek yerine, aday örgülerin performansını tahmin eden bir yapı kuruldu.

DAKİKADAN KISA ARAMA 

Eğitilen model, aday kumaş örgülerinin ses emme performansını değerlendirip en uygun tasarımları belirleyen aramayı bir dakikadan kısa sürede tamamladı. Bağımsız simülasyonlarla yürütülen doğrulama testlerinde, modelin öngördüğü ses emme değerleri ayrıntılı hesaplamalarla yüzde 5 hata payı içinde uyuştu.

Bu sonuçlar, yapay zekanın tasarım seçeneklerini hızla taramak için kullanılabileceğini gösterirken, fiziksel kumaşların performansı henüz laboratuvar deneyleriyle doğrulanmış değil.

HAVA AKIŞININ ETKİSİ 

Çalışma, kumaş simetrisinin görsel özelliklerin yanı sıra akustik performansı da etkilediğini ortaya koydu. Bazı örgüler, iplikler arasından geçen hava için dolambaçlı kanallar oluşturarak ses enerjisinin sürtünme ve ısı yoluyla sönümlenmesini sağlıyor. Diğer desenler ise daha düz ve açık hava yolları bırakıyor.

Çalışmanın başyazarı Thanasak Wanglomklang, simetri, fizik tabanlı simülasyon ve makine öğreniminin birlikte kullanılmasının, deneme-yanılmayla taranması mümkün olmayan kumaş yapılarını araştırmalarına olanak tanıdığını belirtti.

FİZİKSEL TESTLER PLANLANIYOR 

Araştırma ekibi, bir sonraki aşamada seçilen üç boyutlu dokuma prototiplerini üreterek ses emme performanslarını laboratuvarda ölçmeyi hedefliyor. Bu testlerle hesaplamalı tasarım sürecinden elde edilen sonuçlar fiziksel örnekler üzerinde değerlendirilecek. Araştırmacılar ayrıca yöntemi çok katmanlı akustik tekstil malzemelerinin tasarımına uyarlamayı planlıyor.