科学家使用AI和机器学习识别废金属，转化为高性能3D打印火箭部件

2025年6月8日，南极熊获悉，伍斯特理工学院 (WPI) 获得 630 万美元资助，用于一项开创性的计划：通过利用废金属快速生产高质量零部件，从而改变增材制造技术。这项由美国国防高级研究计划局 (DARPA)资助的创新型增材制造方法旨在确保即使在资源最匮乏的环境中也能生产关键零部件，包括传统供应链受限的战场或偏远的搜救地点。

新颖的解决方案

这项名为“从废料到火箭”的计划采用机器学习方法识别废金属和混合合金等材料，并了解它们在熔化、混合和3D打印之前如何反应和结合，最终形成坚固可靠的新部件。传统的3D打印方法需要精心控制材料并反复进行测试和调整，而这在现实环境中并不总是可行的。

丹尼尔·科特（Danielle Cote）是伍斯特理工学院机械与材料工程系的副教授，也是项目的首席研究员，他说道：“这项工作至关重要，因为它让我们能够满怀信心地利用未知来源的材料制造出高质量的组件。我们的目标不仅仅是构建一个单一的解决方案，而是创建一个指导未来创新的框架。通过改进我们对材料性能的预测和理解，我们可以为利用各种不可预测的来源材料实现增材制造的新进展铺平道路。”

项目将利用伍斯特理工学院（WPI）博士生斯蒂芬·普莱斯开发的人工智能软件来预测不同成分下的材料行为，从而优化和自动化表征过程。通过简化流程，产品可以快速生产，同时又不会牺牲耐用性和强度。

研究人员将设计一个概念验证探空火箭来测试混合金属的结构完整性并测量性能和可靠性。

△科学家利用废金属开发出 3D 打印火箭部件；图片：伍斯特理工学院

广泛的应用场景

除了国防应用外，这项工作还广泛应用于能源和交通运输等行业。这种方法可部署在潜艇、航空母舰、救灾区以及传统供应链难以维持的偏远地区。通过解决材料性能、设备尺寸和预测模型精度等关键风险，这项创新正在为更具弹性和可持续性的制造解决方案铺平道路，这些解决方案既能满足应急响应的需求，也能满足长期基础设施需求。

作为项目的一部分，WPI 团队将与分包商合作，其中包括两家 WPI 校友领导的公司、西门子以及两家来自加州的小型企业：NightshadeCorporation 将负责将废金属转化为粉末，Citrine Informatics 将专注于人工智能和机器学习。这凸显了该项目在劳动力发展中的关键作用。通过整合先进的材料信息学、人工智能驱动的决策和创新的增材制造技术，该计划正在帮助培养下一代工程师和科学家，确保拥有一支能够在未来维持和扩展这些创新的熟练劳动力队伍。

资助项目的分包商Solvus Global的首席执行官Aaron Birt表示：“制造业的未来是众多学科的交叉融合，包括软件、机器人、人工智能、材料科学和机械工程。这是一个难得的机会，它展现了在地球、月球乃至更远的任何地方提供制造解决方案所需的广泛技术专长。这一提议展现了研究团队构想和交付未来解决方案的真正能力。”

项目拨款分包商 VALIS Insights 的联合创始人兼首席执行官 Emily Molstad 表示：“VALIS 的成立旨在提供赋能技术，最大限度地回收宝贵材料，造福子孙后代。我们看到，随着原材料生产商和制造商力求确保可靠的废料供应，并提高回收利用率以降低成本，回收行业正日益垂直整合。通过该项目开发的技术将不仅在偏远、资源匮乏的地区，而且在整个回收价值链中，释放出更高水平的升级改造能力，并有可能增强国内制造能力。”

在伍斯特理工学院，除了Cote之外，助理研究教授Kyle Tsaknopoulos也将与几名博士生、硕士生和本科生一起参与该项目。项目预计将于2027年11月完成。