研究人员正在开创超材料的发展，超材料的性质不是由分子组成决定的，而是由其结构几何形状决定的。这项创新是通过数字设计和 3D 打印实现的，能够创造出具有前所未有的特性的材料，例如像流体一样起作用的固体结构。
人工智能推动了超材料技术的进步，使人们能够创造出具有新特性和增强耐久性的材料，有望对多个领域产生重大影响。
普通材料的特性，如刚度和柔韧性，是由材料的分子组成决定的，但超材料的特性是由构建它们的结构的几何形状决定的。研究人员以数字方式设计这些结构，然后将其3D打印出来。由此产生的超材料可能表现出非自然和极端的特性。例如，研究人员设计了超材料，尽管它是固体，但表现得像流体。
“传统上，设计师使用他们可用的材料来设计新设备或机器。问题在于可用的材料属性范围是有限的。我们想要拥有的一些属性，只是在自然界中不存在。我们的方法是：告诉我们您想要什么属性，然后我们设计出具有这些属性的合适材料。然后你得到的并不是真正的材料，而是介于结构和材料之间的东西，一种超材料，“生物力学工程系的Amir Zadpoor教授说。
逆向设计
这样的材料发现过程需要解决一个所谓的逆问题：找到产生您想要的特性的几何形状的问题。众所周知，逆问题很难解决，这就是人工智能的用武之地。代尔夫特理工大学的研究人员开发了深度学习模型来解决这些逆问题。
“即使过去解决了逆问题，它们也受到简化假设的限制，即小尺度几何可以由无限数量的构建块组成。这种假设的问题在于，超材料通常是由3D打印制成的，而真正的3D打印机的分辨率有限，这限制了适合给定设备中的构建块的数量，“第一作者Helda Pahlavani博士说。
代尔夫特理工大学研究人员开发的人工智能模型绕过了任何此类简化假设，从而开辟了新天地。“因此，我们现在可以简单地问：您的制造技术允许您在设备中容纳多少个构建块？然后，该模型会找到几何形状，该几何形状为您提供了实际可以制造的构建块数量所需的属性。
释放全部潜力
在以前的研究中被忽视的一个主要实际问题是超材料的耐久性。大多数现有设计一旦使用几次就会失效。这是因为现有的超材料设计方法没有考虑耐久性。“到目前为止，它只是关于可以实现哪些属性。我们的研究考虑了耐久性，并从大量候选设计中选择了最耐用的设计。这使得我们的设计真正实用，而不仅仅是理论上的冒险，“Zadpoor说。
超材料的可能性似乎是无穷无尽的，但其全部潜力远未实现，该出版物的通讯作者助理教授Mohammad J. Mirzaali说。这是因为寻找超材料的最佳设计目前仍然主要基于直觉，涉及反复试验，因此是劳动密集型的。在超材料领域，使用逆向设计过程，其中所需的属性是设计的起点，仍然非常罕见。“但我们认为，我们已经迈出的一步，在超材料领域是革命性的。它可能会带来各种新的应用。在骨科植入物、手术器械、软体机器人、自适应镜子和外太空服中都有可能的应用。
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