新的人工智能工具发现了具有不同寻常特性的逼真“超材料”

一种可以将物体隐藏在众目睽睽之下的涂层，或者一种行为与骨组织完全相似的植入物，这些非凡的物体已经由“超材料”制成。代尔夫特大学的研究人员现在开发了一种人工智能工具，不仅可以发现这种非凡的材料，还可以使其易于制造且耐用。这使得创建具有前所未有功能的设备成为可能。他们在《高级材料》杂志上发表了他们的发现

普通材料的特性，如刚度和柔性，由材料的分子组成决定，但超材料的特性由其构建结构的几何形状决定。研究人员对这些结构进行数字化设计，然后进行3D打印。由此产生的超材料可能表现出不自然和极端的特性。例如，研究人员设计了超材料，尽管是固体，但其行为就像流体

“传统上，设计师使用可用的材料来设计一个新的设备或机器。问题是，可用的材料特性的范围是有限的。我们想要的一些特性在自然界中根本不存在。我们的方法是：告诉我们你想拥有什么作为特性，我们用这些特性设计一种合适的材料et不是真正的材料，而是介于结构和材料之间的东西，超材料，“生物力学工程系的Amir Zadpoor教授说。

逆向设计

这样的材料发现过程需要解决所谓的”逆问题”：找到产生你想要的特性的几何体的问题。众所周知，逆问题很难解决，这就是人工智能的用武之地。代尔夫特大学的研究人员开发了解决这些逆问题的深度学习模型。

“即使在过去解决了逆问题，它们受到简化假设的限制，即小规模几何体可以由无限多个构建块制成。第一作者Helda Pahlavani博士说：“这一假设的问题在于，超材料通常是由3D打印制成的，而真正的3D打印机的分辨率有限，这限制了特定设备中的构建块的数量。”所以我们现在可以简单地问：您的制造技术允许您在设备中容纳多少构建块？然后，模型会找到几何图形，该几何图形会为您提供实际可以制造的构建块数量所需的特性。“

以前研究中忽略的一个主要实际问题是超材料的耐久性。大多数现有的设计一旦使用几次就会失效。这是因为现有的超材料设计方法没有考虑耐久性。

”到目前为止，这只是关于可以实现哪些性能。我们的研究考虑了耐用性，并从大量候选设计中选择了最耐用的设计。Zadpoor说：“这使我们的设计真正实用，而不仅仅是理论上的冒险。”助理教授Mohammad J。米尔扎阿里，该出版物的通讯作者。这是因为寻找超材料的最佳设计目前仍主要基于直觉，涉及试错，因此是劳动密集型的。在超材料领域，使用以所需特性为设计起点的逆向设计过程仍然非常罕见

“但我们认为我们所采取的步骤在超材料领域是革命性的。它可能会带来各种新的应用。”在骨科植入物、手术器械、软机器人、自适应反射镜和外装等领域都有可能应用