Metamaterial är konstgjorda material. Forskare skapar dem genom att kombinera flera element från kompositmaterial som en metall och en elektrisk isolator. Resultatet är ett helt nytt material med egenskaper som inte finns i naturen. Ingenjörer kan sedan använda dessa material för att skapa nya enheter eller förbättra befintliga.

Låt oss säga att du vill bygga en verklig osynlighetskappa. För att uppnå osynlighet, ett metamaterial måste ha vissa optiska egenskaper. Specifikt, forskare måste utforma materialet så att de kan styra hur ljus rör sig runt ett föremål utan att reflekteras eller absorberas. Denna design är möjlig, men det skulle ta precis rätt material med precis rätt struktur.

Det finns hundratusentals potentiella materialstrukturer med optiska svar som faller någonstans längs det optiska spektrumet. Att sikta igenom dem för att hitta en ny materialdesign har traditionellt tagit timmar eller till och med dagar.

Nu, Nordöstra professorn Yongmin Liu har utvecklat en ny metod för att snabbt upptäcka material som har önskvärda egenskaper. I ett papper publicerat nyligen i ACS Nano , Liu och hans medförfattare beskriver en algoritm för maskininlärning som de utvecklat och utbildat för att identifiera nya metamaterialstrukturer. Den nya metoden är mycket snabbare och mer exakt än tidigare metoder, banar väg för ingenjörer att designa nästa generations material.

Algoritmen Liu och hans team byggde utbildades med en datamängd på 30, 000 olika prover, var och en representerar ett specifikt förhållande mellan en metamaterialstruktur och motsvarande optisk egenskap. När algoritmen lärt sig dessa relationer, det kunde förutsäga nya.

"Att söka igenom alla möjliga parameterkombinationer efter material är nästan omöjligt. Genom att införa artificiell intelligens i metamaterialdesignen, Jag tror att metamaterialens potential kommer att förverkligas fullt ut, "sade Shuang Zhang, professor i fysik vid University of Birmingham. "Prof. Lius forskning pekar på en ny forskningsriktning som kommer att följas av många grupper inom detta område."

Ingenjörer kan nu använda algoritmen för att upptäcka nya material med specifika användbara egenskaper. Till exempel, nuvarande solpaneler kan bara omvandla 20 till 30 procent av solljuset till energi. Liu är intresserad av att hitta ett material som klarar 100 procent ljusabsorption för att skapa mer effektiva solpaneler.

"Med denna algoritm, vi kan designa nya metamaterialegenskaper på begäran, "sa Liu, en biträdande professor i maskin- och industriteknik. "Dessa nya optiska material kommer att fungera som grunden för en mängd olika funktionella enheter."

Så, hur långt är den osynlighetsmanteln? Liu sa att han är säker på att algoritmen skulle kunna identifiera rätt material. Men nuvarande teknik kunde bara montera materialet i nanoskala. Att tillverka en kappa som är tillräckligt stor för att någon ska ha på sig är en betydande utmaning som Liu anser att forskare fortfarande är 10 till 15 år ifrån att övervinna.

"Vi har sett enorma framsteg inom avancerad tillverkning, till exempel 3D-utskrift, "Liu sa." Jag hoppas att människor som arbetar inom detta område kommer med några kreativa idéer för att lösa tillverkningsutmaningen för en bärbar kappa. "