Нанотрубки и машинное обучение помогут найти дефекты в крыле самолета

Чтобы авиаперелеты были безопасными, перед каждым вылетом готовность самолета проверяют инженеры. Они осматривают двигатель, крылья и корпус воздушного судна в поисках трещин и дефектов. Проще всего проверять целостность металлических деталей: для этого достаточно измерить электрическое сопротивление. Если где-то появилась хоть одна микротрещина, сопротивление изменится. Для непроводящих полимерных материалов приходится использовать оптоволоконные датчики. Это усложняет и конструкцию крыла, и процесс проверки.

Более простой способ обнаружения дефектов в полимерном крыле самолета разрабатывают инженеры из Сколтеха под руководством Сергея Абаимова.

Ученые сделали датчики сопротивления из углеродных нанотрубок и научились встраивать его в полимерный материал. По изменению электрического сигнала в слое нанотрубок можно находить появившиеся в композите дефекты. 

Датчик из нанотрубок очень тонкий, всего 5–10 микрометров, что в 10 раз меньше, чем у оптоволокна. Можно вставить в крыло сразу несколько датчиков, не меняя его аэродинамических свойств. Для мониторинга тоже не требуется сложное оборудование, достаточно стандартного вольтметра.

Система датчиков сопротивления дает больше информации, чем оптоволокно, но полученный сигнал нужно правильно интерпретировать. Ученые использовали для этого машинное обучение: моделировали разные типы дефектов и учили нейросеть распознавать их. В результате алгоритм научился определять не только появление дефекта, но и его расположение, размер и форму. 

В планах ученых — применить разработанные алгоритмы на реальном объекте, например фрагменте крыла самолета, и внедрять технологию в авиастроении и кораблестроении. Результаты исследования опубликованы в двух статьях в журналах Composite Structures и International Journal of Engineering Sciences.