Математика из игры «Морской бой» поможет создавать прочные материалы и управлять грунтовыми водами

Исследователи из Стэнфорда разработали математический подход, напоминающий принцип игры «Морской бой», для точного описания микроструктуры таких материалов, как песок и бетон. Метод позволяет предсказать расположение компонентов в неоднородных материалах.

Новый подход, описанный в журнале Physical Review Letters, основан на статистической модели Пуассона. «Мы решили знаменитую модель Пуассона для неоднородных материалов», — заявил ведущий автор исследования Алек Шелли, аспирант по прикладной физике.

Метод позволяет проектировать композитные материалы с заданными свойствами, оптимизируя их микроструктуру. Для бетона это означает возможность заполнения пустот дополнительными материалами, что повышает прочность, снижает стоимость и сокращает выбросы CO₂ от производства цемента.

Применения метода включают управление грунтовыми водами, захоронение ядерных отходов, геотермальную энергетику и секвестрацию углерода. «Многоточечные функции модели Пуассона дают новый инструмент для понимания поведения сложных систем», — отметил профессор Даниель Тартаковский.

Метод аналогичен предсказанию расположения кораблей в «Морском бою»: зная цвет в одной точке микроструктуры, можно с высокой точностью предсказать состав в других точках. Для решения задачи Шелли использовал методы стохастической геометрии и компьютерное моделирование.

ИИ: В 2025 году такие междисциплинарные исследования, объединяющие фундаментальную математику и прикладные задачи, становятся ключевыми для устойчивого развития и создания новых материалов с запрограммированными свойствами.