Поскольку стоимость драгоценных металлов колеблется с течением времени, Монетный двор США должен постоянно находить новые способы поддержания изготовления валюты по средствам. Пятицентовый никель, который стоит целых семь центов, является проблемой. Чтобы решить эту проблему, Монетный двор США перешел на компьютерное моделирование, которое помогло бы ему перепроектировать никель на более рентабельный.
Поясним, что сегодня в большинстве государств, в том числе и в России, монеты чеканят из сплава, в состав которого входит никель – пластичный и ковкий металл серебристо-белого цвета. Однако изготовление таких монет часто оказывается весьма затратным, к примеру, каждая американская монета достоинством пять центов, которая в народе обычно называется просто "никель", обходится правительству в семь центов. Когда производство столь масштабно, такая разница оказывается весомой. Большинство монет представляет собой стратегически спроектированное сочетание разных металлов, которые работают вместе, чтобы дать вашей карманной мелочи определенный список свойств. Они должны быть достаточно прочными, чтобы выдерживать десятилетия использования и оставаться еще узнаваемыми, они не должны подвергаться коррозии, когда держатся в потной руке или воде, они должны поддерживать определенный цвет и блеск на протяжении всей своей жизни, иметь однородную плотность и толщину, а современные монеты также должны иметь конкретный уровень электропроводности, чтобы их можно было правильно идентифицировать миллионами торговых автоматов по всей стране.
Чтобы упростить процесс проектирования никеля, изготовленного из ... меньшего количества никеля, Монетный двор США работал с группой исследователей проекта Materials Genome Initiative из Национального института стандартов и технологий США — (англ. NIST). В рамках проекта инженеры искали методы улучшения, ускорения и удешевления производства различных материалов. В их подходе использовались мощные компьютерные моделирования для моделирования и прогнозирования результатов смешивания различных металлических сплавов. Это позволило исследователям определить конкретные свойства и особенности новых никелей, определяющих цвет, долговечность и проводимость, прежде чем взяться за монету в один цент.
Чтобы соответствовать правилам борьбы с подделками, новые монеты тестируются с нестандартным «фиктивным» дизайном. На фото испытательный никель с поддельными изображениями и словами, которые не нарушают законы США о подделках. Фото: K. Irvine/NIST
Инженеры признаются, что работа была непростой, но результат приятно удивил. В конце концов, исследователи создали в качестве примера прототип пятицентовой монеты из смеси меди, цинка и никеля, которая была на 40 процентов дешевле в производстве, чем то, что сейчас имеется в многих карманах. И весь процесс занял менее года, значительно сократив стандартный период эксперимента. Прототипы новых монет уже прошли проверку по всем стандартам.
Неудивительно, что исследователи видят большой потенциал для большего моделирования, и менее экспериментального подхода, который может быть использован для оптимизации производства бытовой потребительской электроники, так как не нужно будет изготовливать крупные экспериментальные партии. А это также поможет сэкономить бюджетные средства. Разработчики метода считают, что он найдет широкое применение во многих сферах промышленности. Пока, по крайней мере, их метод кажется умным способом сделать монеты, чтобы торговые автоматы не могли отличить их предыдущего поколения монет. Монеты, изготовленные из новых сплавов, будут мало чем отличаться от нынешних: они сохранят ту же плотность, жёсткость, толщину, форму и электропроводность, а значит, будут "совместимы" с банковскими и торговыми аппаратами. Также новые сплавы, согласно данным моделирования, не будут подвержены коррозии и потускнению.
Исследование было опубликовано в Integrating Materials and Manufacturing Innovation.
Источник: Gizmodo / New Atlas / National Institute of Standards and Technology
