Исследователи Дальневосточного федерального университета вместе с коллегами из Харбинского технологического института (Китай) разработали метод лазерной обработки металлов, которым управляет нейросеть. Об этом Науке Mail сообщили в пресс-службе Минобрнауки России.
Технология позволяет с высокой точностью наносить на поверхность нержавеющей стали нано-бороздки, окрашивающие изделие в разные цвета за счет эффекта дифракции света. Такие метки невозможно подделать или стереть, в отличие от краски.
При многократном импульсном лазерном облучении гладкая поверхность металла покрывается регулярными нано-бороздками. Это явление называют лазерно-индуцированными периодическими поверхностными структурами. Расстояние между бороздками задает длину волны, то есть цвет, а наклон — направление и интенсивность дифракции. Изображение становится частью самого металла, а не покрытием сверху.
Долгое время управлять периодом и наклоном бороздок одновременно не получалось — они связаны и зависят от угла падения луча и его поляризации. Любое отклонение вносило хаос, и вместо узора появлялась тусклая рябь. Ученые собрали многокоординатную лазерную установку с пятью осями движения. Она позволяет менять угол падения луча от −30° до +30° и угол поляризации от 0° до 180°. Но из-за побочных оптических эффектов прямое управление не давало нужной точности.
Мы использовали два нейросетевых модуля. Первый помог оптимизировать основные параметры лазерной обработки: энергию импульса, число импульсов и шаг между сканирующими линиями, чтобы добиться ровных бороздок. Вторую нейросеть мы обучили на 130 экспериментальных наборах данных устанавливать прямую связь между углами падения и поляризации, с одной стороны, и результирующим периодом и ориентацией структур — с другой
Оптимизация позволила снизить разброс ориентации бороздок до 6,5 градуса. Раньше при случайном подборе они отклонялись друг от друга в среднем на 47 градусов, что давало тусклые цвета. В качестве демонстрации ученые напечатали на стали многоцветное изображение — завиток из пяти цветных областей. Для каждой зоны нейросеть рассчитала нужные углы. Электронная микроскопия подтвердила точность: период решетки отклонялся от расчетного не более чем на 20 нм, ориентация — на 0,6 градуса, а цвета почти совпали с задуманными.
«Наш подход универсален. Он применим не только к нержавеющей стали, но и к другим металлам и полупроводникам. Более того, предложенная схема с пятью осями позволяет в будущем создавать такие структуры не только на плоских, но и на изогнутых поверхностях — например, на деталях сложной формы», — добавил Кучмижак.
Технология открывает возможности для защитных голографических меток, оптических элементов и биосовместимых поверхностей. Результаты опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
Ранее Наука Mail писала о том, что ученые установили третий, прежде неизвестный механизм коррозии металла.