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Do requisito ao material real: como a Norck leva a descoberta de materiais com IA à engenharia
A Norck ajuda agora os clientes a descobrir, otimizar, validar e fabricar materiais avançados com o MS Lattice. Veja como funciona e o que muda para as equipas de engenharia.
Durante a maior parte da história do fabrico, os engenheiros conceberam os seus produtos em função dos materiais disponíveis. Quando uma peça precisava de ser mais leve, mais robusta ou mais resistente ao calor, as opções limitavam-se ao que já existia no mercado. Se o material certo não existisse, o design tinha de fazer cedências.
A Norck está a mudar isso. Com o nosso novo serviço de descoberta, otimização e fabrico de materiais com IA, ajudamos os clientes a encontrar o material de que os seus produtos realmente precisam, a comprová-lo no mundo real e a construir com ele. É um dos maiores passos da história da Norck: de fabricar as suas peças a ajudar a desenvolver os materiais de que são feitas.
Porque é que os materiais são a próxima fronteira da engenharia
Mais cedo ou mais tarde, todas as equipas de engenharia esbarram num limite imposto pelo próprio material. Uma bateria só consegue armazenar tanta energia quanto o seu cátodo permite. Um componente de turbina só consegue funcionar a temperaturas tão elevadas quanto o seu revestimento suporta. O desempenho de um íman depende das terras raras que contém e do respetivo abastecimento.
Ultrapassar estes limites significou, tradicionalmente, anos de tentativa e erro: testar materiais conhecidos um a um, na esperança de que algum servisse. É um processo lento, dispendioso e limitado ao que já existe nas prateleiras.
A IA muda o ponto de partida. Em vez de perguntar «que material existente se aproxima mais?», podemos agora perguntar «que material proporcionaria exatamente aquilo de que este produto precisa?» e procurá-lo.
O que é o MS Lattice?
No centro do nosso novo serviço está o MS Lattice, um motor proprietário de descoberta de materiais baseado em IA, desenvolvido pela MatterSpace. A Norck licenciou o MS Lattice e integrou-o nos seus serviços de engenharia e fabrico.
O MS Lattice funciona com base no design inverso. Em vez de partir de um material conhecido e perguntar o que ele consegue fazer, parte das propriedades de que o seu produto precisa e faz o caminho inverso até às estruturas de materiais que as poderiam proporcionar. Três capacidades tornam esta pesquisa possível:
- Pesquisa adaptativa: cada ronda de resultados orienta a ronda seguinte, para que a pesquisa siga as evidências e não um plano fixo.
- Avaliação baseada na física: cada candidato é avaliado face às propriedades relevantes para a sua aplicação.
- Validação estruturada: os candidatos mais fortes são verificados em etapas registadas antes de avançarem.
O motor mantém também um conjunto diversificado de candidatos fortes, em vez de quase-cópias de uma mesma família, e respeita a química e os limites de cada domínio. O resultado é uma pré-seleção feita à medida do seu produto, com as evidências que sustentam cada candidato.
Duas formas de ultrapassar os limites dos materiais
Nem todos os projetos precisam de um material totalmente novo. É por isso que o serviço oferece dois caminhos:
Otimização de materiais existentes. Partimos do material que já utiliza e trabalhamos para melhorar o seu desempenho e a sua adequação aos seus requisitos técnicos. Para muitos produtos, este é o caminho mais direto para melhores resultados.
Descoberta de materiais revolucionários. Quando os materiais atuais simplesmente não chegam, procuramos para além deles novos materiais com novas propriedades e potencial. O objetivo são soluções capazes de levar o seu setor para lá dos atuais limites técnicos.
Requisitos em primeiro lugar, preferências otimizadas
Todos os projetos de materiais na Norck começam por separar duas coisas:
- Requisitos são as restrições técnicas que o seu material tem de cumprir: os limites que um candidato não pode ultrapassar. A pesquisa é concebida para encontrar candidatos que os satisfaçam.
- Preferências são as propriedades que gostaria de levar o mais longe possível, como um menor peso, uma maior eficiência ou uma melhor estabilidade. São otimizadas para além dos seus requisitos, nunca à custa deles.
Esta distinção mantém a pesquisa centrada naquilo de que o seu produto realmente precisa, sem deixar de procurar o melhor desempenho possível.
Como funciona o processo, passo a passo
O que distingue este serviço é que não se fica por um resultado promissor num ecrã. Um modelo de material é um ponto de partida, não um resultado. O nosso processo liga a descoberta computacional ao mundo físico:
- Definir. Indica-nos as propriedades de que precisa, os seus requisitos e as suas preferências.
- Descobrir e otimizar. Com o MS Lattice, pesquisamos, concebemos e otimizamos computacionalmente materiais candidatos.
- Selecionar. Os candidatos mais fortes são escolhidos com base nos seus requisitos e nas propriedades pretendidas.
- Sintetizar e validar. Os candidatos são sintetizados e testados quanto à fabricabilidade, à estabilidade e às propriedades esperadas.
- Avaliar e iterar. Os resultados reais alimentam novamente o design. Se um candidato fica aquém, afinamo-lo e tentamos de novo.
- Produzir o material. Os materiais bem-sucedidos passam à produção com parceiros de fabrico qualificados, seja uma liga metálica, um material para baterias, um íman ou outro material avançado.
- Fabricar a peça. Se precisar, transformamos o novo material na sua peça ou produto final.
- Entregar. Recebe uma solução de material validada, o material produzido ou peças acabadas, consoante o âmbito escolhido.
A descoberta de materiais é iterativa por natureza, e construímos o serviço em torno dessa realidade. Os candidatos são testados, os resultados são avaliados e os designs são afinados até o material estar pronto para utilização no mundo real.
Onze domínios de materiais, um só motor
O MS Lattice trabalha em onze domínios de materiais, cada um com os seus próprios grupos de materiais, objetivos e pontos de partida. Em conjunto, abrangem muitos dos materiais por detrás das tecnologias mais exigentes da atualidade.
| Domínio | O que abrange | Grupos de materiais |
|---|---|---|
| Cátodos para baterias | Cátodos para baterias de iões de lítio, sódio, potássio e magnésio | Óxidos lamelares NMC e NCA, óxidos do tipo espinela, estruturas polianiónicas, óxidos lamelares para baterias de iões de sódio, análogos do azul da Prússia, espinelas para baterias de iões de magnésio |
| Eletrólitos sólidos | Condutores iónicos para baterias de estado sólido, pilhas de combustível e eletrolisadores | Granadas, condutores do tipo NASICON, sulfuretos, halogenetos, condutores de iões óxido, condutores protónicos, compósitos cerâmica–polímero |
| Catálise | Catalisadores para hidrogénio, conversão de CO₂ e uma química mais limpa | Ligas de átomo único, superfícies de ligas, catalisadores suportados em óxidos, ânodos para OER em meio ácido, ligas para ORR, superfícies para redução de CO₂ |
| Ímanes | Ímanes permanentes e materiais magnéticos macios com menor dependência de terras raras | NdFeB de alto desempenho e com teor reduzido de terras raras, MnAl sem terras raras, hexaferrites, ferro–silício, ferro–cobalto, ferrites do tipo espinela |
| Fotovoltaico | Absorvedores solares para além do silício | Perovskites de halogeneto, perovskites duplas, calco-halogenetos, absorvedores de calcogeneto |
| Materiais termoelétricos | Materiais que convertem calor em eletricidade | Calcogenetos, escuterudites, compostos half-Heusler, óxidos termoelétricos |
| Ligas de alta entropia | Ligas de vários elementos principais | Ligas de metais de transição, ligas resistentes à corrosão, ligas leves e ligas refratárias |
| Supercondutores | Supercondutores de todas as famílias conhecidas | Cupratos, pnictogenetos à base de ferro, niquelatos de dupla camada, compostos do tipo MgB₂, hidretos de alta pressão |
| Revestimentos de barreira térmica | Revestimentos que protegem peças a altas temperaturas | Zircónia estabilizada, zirconatos de terras raras, óxidos de alta entropia, revestimentos de barreira ambiental |
| Revestimentos duros | Revestimentos resistentes ao desgaste para ferramentas e peças | Nitretos e carbonetos, diboretos, fases MAX |
| Cerâmicos de ultra-alta temperatura | Cerâmicos para o calor mais extremo | Carbonetos com estrutura de sal-gema, compósitos de diboretos, carbonetos de alta entropia, diboretos de alta entropia |
Alguns exemplos do que isto torna possível:
- Armazenamento de energia: as equipas que desenvolvem baterias podem explorar cátodos e eletrólitos sólidos para baterias de iões de lítio, de iões de sódio e de estado sólido de nova geração.
- Ambientes extremos: os engenheiros dos setores aeroespacial e da energia podem procurar revestimentos de barreira térmica e cerâmicos de ultra-alta temperatura que protejam as peças sob calor intenso.
- Resiliência do abastecimento: quem desenvolve ímanes pode explorar conceções com menor dependência de terras raras.
- Resistência com baixo peso: as equipas dos setores automóvel e aeroespacial podem investigar ligas de alta entropia leves e refratárias.
A conceção dos próprios polímeros está fora do âmbito atual; nos compósitos cerâmica–polímero, a pesquisa centra-se na carga cerâmica. Se a sua necessidade não se enquadrar em nenhum domínio, dizemos-lhe desde logo, antes de o projeto começar.
O que muda para os nossos clientes
Isto é mais do que uma nova linha de serviços. Muda o momento em que a Norck entra no seu processo de desenvolvimento de produto e aquilo que pode esperar de um único parceiro:
- Começamos mais cedo. Em vez de entrar quando o design já está concluído, a Norck pode agora ajudar desde a primeira pergunta: de que material deve ser feita esta peça?
- Um só parceiro, do material à peça. A descoberta de materiais, a validação, a produção do material e o fabrico de peças são normalmente serviços separados, passados de uma equipa para outra. Com a Norck, são geridos como um único processo integrado.
- Resultados, não ficheiros. Não recebe apenas uma lista de candidatos num ecrã. Recebe materiais testados, validados e adaptados às suas necessidades.
- Pesquisas construídas em função do seu produto. Os requisitos e as preferências são definidos para a sua aplicação, para que a pesquisa vise aquilo de que o seu produto realmente precisa.
- Um espaço mais amplo para explorar. A pesquisa com IA permite às equipas olhar para além da habitual lista restrita de materiais e considerar opções a que talvez não chegassem apenas por tentativa e erro.
- Confidencial desde o primeiro dia. Os projetos podem decorrer ao abrigo de um acordo de confidencialidade (NDA) desde a primeira conversa.
Escolha o âmbito de que precisa
Desenvolver uma nova liga de aço é uma tarefa. Maquinar a sua peça a partir dela é outra. Nem todos os projetos precisam de ambas, por isso pode escolher o âmbito que melhor se adequa ao seu programa:
| Âmbito | O que recebe |
|---|---|
| Descoberta | Novos materiais candidatos ou um material existente otimizado |
| Descoberta + validação | Candidatos sintetizados e testados fisicamente |
| Descoberta + validação + produção do material | Um material validado e produzido |
| De ponta a ponta | Da descoberta até às suas peças finais fabricadas |
A Norck gere o processo em todas as etapas que escolher. Para materiais e peças altamente especializados, coordenamos a produção com fabricantes especializados que dispõem exatamente das capacidades certas. E quando chega o momento de transformar o material em peças, entra em jogo a nossa experiência em maquinação CNC, transformação de chapa metálica e impressão 3D.
Pensado para programas de I&D ambiciosos
O serviço foi concebido para organizações que gerem programas de I&D de grande escala e levam ao limite aquilo que os materiais conseguem fazer, na Europa e nos Estados Unidos: aeroespacial e aviação, tecnologias espaciais, defesa, automóvel, energia, tecnologias de baterias, fabrico avançado e engenharia de alta tecnologia e I&D.
Para muitas destas equipas, o primeiro projeto é um estudo focado de I&D ou de desenvolvimento de materiais. Quando é bem-sucedido, pode evoluir para um programa industrial maior e de longo prazo.
Perguntas frequentes
Preciso sempre de um material completamente novo?
Não. Muitos projetos começam pela otimização de um material que já utiliza.
Com quem trabalho?
Com a Norck. Gerimos o seu projeto desde o primeiro requisito até à entrega final.
Há garantia de que cada novo material funciona à primeira?
A descoberta de materiais é iterativa. Os candidatos são testados fisicamente e os resultados alimentam o design até chegarmos a um material que responda às suas necessidades.
São vocês que fabricam todos os materiais e peças?
A Norck gere todo o processo. Para materiais e peças especializados, trabalhamos com fabricantes qualificados que dispõem das capacidades certas.
Posso adquirir apenas parte do processo?
Sim. Escolha apenas a descoberta, acrescente a validação, acrescente a produção do material ou avance até às peças acabadas.
E se o meu material não se enquadrar em nenhum dos onze domínios?
Descreva a sua necessidade e indicamos-lhe desde logo se algum domínio a abrange. A conceção dos próprios polímeros está atualmente fora do âmbito.
Um novo capítulo para a Norck e para os seus produtos
Durante anos, a Norck ajudou empresas a transformar designs em peças de precisão. Com a descoberta de materiais com IA, podemos agora ajudar a definir aquilo de que essas peças são feitas e levar o resultado até ao mundo físico.
É um passo do fabrico rumo à engenharia avançada e à I&D, e é com entusiasmo que o damos ao lado dos nossos clientes.
Tem um desafio de materiais? Diga-nos de que precisa o seu produto. A nossa equipa analisará os seus requisitos e proporá o âmbito adequado.
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