荷兰台夫特理工大学助理教授Miguel Bessa及其研究团队,借由机器学习的帮助,将原本坚硬易碎的材料,转换成一种像海绵一样的新材料,该材料特别之处在于,会一直维持坚硬的状态,直到施加外力超过临界值,才会出现可轻易压缩的状态。
不过,Miguel Bessa认为,这项研究重要性不在于开发出新材料,而在于开发材料的方法,是借由机器学习帮助完成,减少过去不停实验,经历试错过程的时间。
Miguel Bessa受到了一种可变形的卫星结构启发,这种卫星设计是可从原本的小封装中,展开成极大的太阳帆(Solar Sail),因此他也想设计出一种可高度压缩但同时兼具硬度的材料,如此便能把该材料压缩至原有体积的一小部分,让运用该材料制作的自行车、餐桌或是雨伞,能更方便收纳。
研究人员采用计算资料驱动的方法,透过选择材料、长度规模和制造工艺,探索新的超材料(Metamaterial)概念,使其具有不同的特性。在贝氏机器学习的指引下,研究团队以不同长度比例制造了两种设计,这些设计将坚硬易碎的聚合物,转变成轻量、可恢复和可压缩的超材料。较大型的设计经过调整,可实现最大可压缩性,可压缩比例为94%(应变,Strain),可恢复力强度为0.1 kPa,而微型的设计可恢复力强度超过100 kPa,可压缩比例为80%。
而这类拥有特殊性质的超材料,通常需要透过探索新的几何形状,来实现全新的特性和功能,Miguel Bessa提到,过去超材料的设计,仰赖广泛的实验以及传统尝试错误的方法,但他们反转了开发流程,先利用机器学习探索设计的可能性,以最大程度减少实验的次数,他认为,人工智能为寻找宝藏的科学家提供了一份藏宝图。
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