I tidning publicerad av Nature Reviews Materials , forskare från Lawrence Livermore National Laboratory ger en översikt över de framsteg som gjorts i lyhörda arkitekturmaterial som kan förvandlas till en viss form och uppvisa nya egenskaper när de utsätts för värme, magnetiska eller elektriska krafter, kemiska eller elektrokemiska reaktioner och mekaniska deformationer.
Nya framsteg inom förprogrammerade arkitekturmaterial kan möjliggöra nya funktioner som kan utvecklas som svar på deras miljöer eller yttre stimuli, enligt forskare från Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL).
I en artikel publicerad av Nature Reviews Materials , LLNL-forskare ger en översikt över de framsteg som gjorts i lyhörda arkitekturmaterial som kan förvandlas till en viss form och uppvisa nya egenskaper när de utsätts för värme, magnetiska eller elektriska krafter, kemiska eller elektrokemiska reaktioner och mekaniska deformationer. Författarna förklarar också programmerings- och transformationsmekanismerna för varje tillvägagångssätt och undersöker potentiella tillämpningar, inklusive implanterbar medicinsk utrustning, robotik och kemiska eller mekaniska sensorer. Tidskriften kommer att ha uppsatsen på omslaget till en kommande tryckt upplaga.
"Additiv tillverkning har gjort det möjligt att skapa arkitektonerade material som har förbättrade egenskaper och ny funktionalitet jämfört med de ingående materialen på grund av deras noggrant designade inre och yttre strukturer", säger LLNL-personalforskaren och huvudförfattaren Xiaoxing Xia. "Dessa lyhörda byggda material är inte stillastående efter tillverkning; de kan utvecklas i rum och tid efter en programmerad bana och kan svara på olika former av stimuli - vare sig det är mekaniska, termiska, elektromagnetiska eller kemiska - och omvandla sin form, ändra egenskaper eller navigera självständigt."
Xia och teamet bedömer det aktuella tillståndet för responsiva arkitektonerade material och jämför responsiva material med dynamiska fenomen som finns i klassiska material, såsom fastransformation och topologiska isolatorer, och beskriver dem inom ramen för beräkning och maskininlärning. Arkitekterade material kan inte bara utföra förprogrammerad mekanisk logik, utan kan också tränas och optimeras genom maskininlärning.
Djupa neurala nätverk "omvandlas potentiellt" för att designa material med överlägsna mekaniska eller elektromagnetiska svar, sa forskare. Till exempel kan algoritmer för djupinlärning träna på bilder av geometrier och använda dem för att generera nya strukturer med optimerad prestanda, eller designa arkitektonerade material som kan 3D-printas och fungera som fysiska kärnor för att utföra slutledningsuppgifter – som handskrivna tal eller vokalröstigenkänning – i realtid som svar på ljud eller ljus, drog de slutsatsen.
I framtiden kan responsivt utformade material hitta sin väg in i implanterbar medicinsk utrustning, som fordon för läkemedelsleverans, i "cloaking"-tekniker eller autonoma robotar, eller användas för att lagra eller avslöja känslig information på begäran, sa forskare. De spekulerar i att sådant material en dag kan utvecklas för att lära av tidigare eller nuvarande erfarenheter, ungefär som den mänskliga hjärnan.
"Arkitekterade material blir mer och mer intelligenta, och i framtiden kan de vara neuromorfa - vilket betyder att de kan efterlikna hjärnans struktur och funktion," sa Xia. "Här ställer vi frågan, 'tänk om de kunde bli kännande genom att utveckla preferens för vissa stimuli framför andra, vilket är analogt med att känna lycka eller smärta?' De kan vara ett modellsystem för att studera hjärnan."
Julia Greer, professor och materialvetare vid California Institute of Technology, var en av medförfattarna till artikeln. Hon sa att hon föreställer sig en framtid där material i nanoskala ersätter konventionella material inom många områden i det dagliga livet och en dag till och med kan nå en viss nivå av känslor.
"För att förverkliga denna vision om att arkitektonerade material är allestädes närvarande i samhället - inte bara används inom vetenskap och teknik - kommer vi att behöva nya, mer effektiva och exakta beräkningsmodeller som kan fånga mekaniken och fysiken för additiv tillverkning till ett överkomligt pris," sa Greer . "Eftersom jag vet att det finns många begåvade människor som arbetar med dessa problem ser jag fram emot den dag då vi kan skapa arkitektonerade material och enheter genomsyrade av förmågan att fatta beslut på egen hand." + Utforska vidare
