Научный прорыв и новые перспективы в деле создания метаматериалов — материалов будущего.
Метаматериалы являются искусственно спроектированными материалами. Ученые создают их путем объединения разнородных элементов. В результате получаются совершенно новые материалы со свойствами, не найденными в природе. Затем инженеры могут использовать их для создания новых устройств или улучшения существующих.
Предположим, вы хотите создать плащ-невидимку. Чтобы обрести невидимость, материал должен быть наделен определенными оптическими свойствами. В частности, ученым пришлось бы проектировать материал, заставляющий свет перемещаться вокруг объекта, не будучи отраженным или поглощенным. Такое в принципе возможно, но для этого потребуется материал со специальной структурой. Существуют сотни тысяч материальных структур с потенциально подходящими оптическими свойствами. Исследования их, с целью найти новый вид материала, традиционно занимают очень много времени.
В настоящее время профессор Юнмин Лю из Северо-Восточного университета разработал новый метод быстрого обнаружения материалов, которые имеют желаемые качества. В статье, недавно опубликованной в ACS Nano, Лю и его соавторы описывают алгоритм, который они разработали для идентификации новых структур метаматериалов. Новый метод намного быстрее и точнее, чем предыдущие, что позволяет инженерам быстро разрабатывать материалы следующего поколения.
С помощью этого алгоритма можно проектировать новые свойства метаматериала по любому запросу. Алгоритм Лю работает с набором данных из 30 000 различных образцов, каждый из которых представляет собой конкретную взаимосвязь между структурой метаматериала и соответствующим оптическим свойством. Как только алгоритм усваивает эти отношения, он предсказывает новые структуры.
Найти все возможные комбинации параметров для материалов вручную практически невозможно. Внедрение же искусственного интеллекта в проект метаматериала способен полностью реализовать его потенциал. Исследования Лю указывают на новое направление, за которым последуют многие группы исследователей в этой области.
Тем временем инженеры уже сейчас могут использовать созданный алгоритм для обнаружения новых материалов с определенными полезными характеристиками. Например, современные солнечные панели могут преобразовывать от 20 до 30 процентов солнечного света в энергию. Лю заинтересован в поиске материала, способного на 100 процентов поглощать свет, для создания более эффективных солнечных панелей. Новые оптические материалы послужат основой для множества функциональных устройств.
Насколько далек плащ-невидимка от реальности? Лю уверен, что алгоритм сможет определить нужный для этого материал. Однако данные технологии работают пока только на наномасштабном уровне. Изготовление же плаща достаточного размера является серьезной проблемой, от решения которой, по мнению Лю, ученые находятся на расстоянии 10-15 лет.
«Мы уже достигли огромного прогресса в передовых производствах, таких как трехмерная печать», — сказал Лю, — «Я надеюсь, что люди, которые работают в этой области, за упомянутый срок сгенерируют творческие идеи, чтобы решить задачу изготовления реального плаща-невидимки».
