ИИ предсказывает проницаемость бумажной упаковки

Бумажная упаковка — экологичная альтернатива пластику, но её проницаемость для воздуха приводит к потере аромата продуктов и проникновению нежелательных веществ, таких как растворители. Ранее для определения степени и скорости этих процессов требовались трудоёмкие испытания для каждого типа бумаги.

Команда исследователей из Технического университета Граца под руководством Карин Зойер разработала систему на основе искусственного интеллекта, которая прогнозирует проницаемость различных видов бумаги для летучих органических соединений. Это значительно ускоряет разработку новых упаковочных материалов.

Система предсказания, созданная в рамках CD Laboratory for Mass Transport through Paper, уже применяется производителем бумаги. Она базируется на анализе микроструктуры бумаги, включая распределение целлюлозных волокон и размер пор. Далее следуют месяцы лабораторных тестов с использованием газовой хроматографии для определения скорости миграции летучих органических веществ.

«Традиционные методы достигли своих пределов, — отмечает Зойер. — Огромное количество комбинаций типов бумаги и летучих веществ, а также длительность экспериментов препятствуют созданию всеобъемлющей прогностической модели».

Прорыв стал возможен благодаря использованию так называемых физически-информированных нейронных сетей. Этот подход машинного обучения интегрирует физические законы в расчёты, дополняя данные для обучения. Это позволяет ИИ выявлять закономерности даже на основе небольшого объёма данных и выполнять точные вычисления.

Исследователи, в частности, сообщили ИИ, что летучие органические соединения частично адсорбируются на целлюлозных волокнах при прохождении через бумажную упаковку. «Такие принципы сужают диапазон возможных решений для вычислений, выполняемых нейронной сетью, и оптимизируют их», — поясняет Зойер.

«Результаты работы нашего ИИ мы проверили в экспериментах с однослойной и многослойной бумагой и были удивлены точностью этой прогностической модели», — добавляет она.

Производитель бумаги Mondi Uncoated Fine & Kraft Paper, участвовавший в работе CD Lab, уже использует программное обеспечение для подбора сортов бумаги для специальных применений. Карин Зойер планирует дальнейшее развитие системы, например, для учёта изменений проницаемости при набухании бумажных волокон из-за поглощения растворителей.