Введение. Долговечность и износостойкость керамических имплантатов, используемых в условиях высоких эксплуатационных нагрузок, в значительной степени зависят от их механических характеристик. Керамический композит на основе гидроксиапатита рассматривается как перспективный биоматериал для реконструкции поврежденных костных тканей и замещения костных дефектов благодаря своей биосовместимости и способности обеспечивать остеоинтеграцию с костной тканью. Для повышения механической прочности предлагается армировать керамику на основе гидроксиапатита многостенными углеродными нанотрубками, обладающими высокими физико-механическими характеристиками. Данный подход направлен на применение материалов в зонах имплантации, испытывающих значительные механические нагрузки. Эффективность армирования нанотрубками во многом зависит от состава композита, технологии синтеза и условий испытаний, что приводит к высокой вариативности итоговых характеристик. Прямое экспериментальное определение свойств каждого образца требует значительных временных затрат. Для оптимизации процесса исследования механических характеристик композитных материалов представляется актуальным использование математических моделей, основанных на методах машинного обучения, что позволяет прогнозировать микротвердость по Виккерсу в зависимости от нагрузки индентирования.

   Метод. Экспериментальные испытания на микротвердость по Виккерсу для шести серий керамических образцов проводились методом индентирования при нагрузках в диапазоне от 0,98 Н до 9,8 Н. Для прогнозирования полученных данных были применены три метода машинного обучения: нейронная сеть, метод случайного леса и градиентный бустинг.

   Основные результаты. В результате исследования после усреднения значений по всем нагрузкам индентирования для каждого образца определено, что с увеличением концентрации многостенных углеродных нанотрубок до 0,5 масс. % микротвердость композита по сравнению с гидроксиапатитом без добавок возрастает от 3,83 ± 0,39 ГПа до 4,71 ± 0,40 ГПа, а армирование становится эффективным на 19 %. Таким образом, наибольший вклад в повышение микротвердости композита внесли добавки с концентрацией 0,5 масс. %, при этом добавление 1 и 2 масс. % привело к значительному снижению микротвердости, что связано с возникновением агломерации нанотрубок в керамической матрице.

   Обсуждение. Результаты моделирования позволили на основе данных экспериментального исследования определить оптимальный метод машинного обучения для построения прогнозной модели микротвердости композитной керамики гидроксиапатит-многостенные углеродные нанотрубки в широком диапазоне нагрузок, а также установить взаимосвязь между составом композита и его механическими характеристиками, что открывает новые возможности для проектирования прочных и долговечных керамических имплантатов.