用人工智能設計：自然界不存在，用于隱形衣的超材料！

2019-09-03 09:53 作者:博科園 0人讀過 | 我要投稿

超材料是一種人造材料，其特性是自然不存在的財力，超材料最著名的用途是制作科幻小說或游戲中經(jīng)常出現(xiàn)的隱形斗篷。通過精確地設計小于光波長的人造原子，并通過控制光的偏振和自旋，研究人員獲得了自然界所沒有的新光學特性。

然而，目前的方法需要反復試驗才能找到合適材料。這種努力既費時又無效率；人工智能(AI)可以為這個問題提供一個解決方案。

博士后機械工程系、化學系的Junsuk Rho教授、Sunae So教授和Jungho Mun教授的研究組開發(fā)了一種自由度更高的設計?？梢宰屟芯咳藛T通過深度學習任意選擇材料和設計光子結構，其研究成果發(fā)表在《應用材料與界面》、《納米光子學》、《微系統(tǒng)與納米工程》、《光學快報》和《科學報告》等期刊上。人工智能可以通過大量的數(shù)據(jù)進行訓練，可以學習各種超材料的設計以及光子結構與光學特性之間的相關性。

利用這種訓練過程，可以提供一種設計方法，使結構具有所需的光學特性。一旦經(jīng)過培訓，AI就能迅速有效地提供所需的設計。在美國，麻省理工學院(MIT)、斯坦福大學(Stanford University)和佐治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)等多家機構都已經(jīng)對這一問題進行了研究。然而，以往的研究需要事先輸入材料和結構參數(shù)，然后再調(diào)整光子結構。Rho教授和研究團隊教授了一個人工智能系統(tǒng)來設計任意的光子結構。

并通過對材料類型進行分類并將其作為設計因素加以添加，從而為設計相關光學性能的合適材料提供了額外自由度。通過對該設計方法得到的超材料分析表明，它們具有與人工神經(jīng)網(wǎng)絡預測的相同光學性能。研究小組使用Python編程語言，發(fā)表了關于超材料設計和光學理論的各種研究成果。設計方法在很多方面都是革命性的。首先，它大大減少了設計光子結構所需的時間。能實現(xiàn)各種新的超材料設計，因為科學家不再局限于進行經(jīng)驗設計來獲得結果。由此產(chǎn)生的超材料可用于顯示、安全和軍事技術。

在這方面，將人工智能引入設計方法有望為超材料的技術發(fā)展做出重要貢獻。首席研究員Junsuk Rho教授說：研究成功地為設計帶來了更高的自由度，但新系統(tǒng)仍然要求用戶在開始時輸入某些問題設置。有時會產(chǎn)生站不住腳的設計，因此不可能產(chǎn)生所需的超材料。因此，我們想通過開發(fā)一種使用人工智能的超材料完整設計方法來進一步研究其發(fā)現(xiàn)。此外，還想通過訓練人工智能來制作創(chuàng)新和實用的超材料，并在考慮最終產(chǎn)品的情況下對設計進行審查。