Nieuw hulpmiddel voor kunstmatige intelligentie ontdekt metamaterialen met ongebruikelijke eigenschappen

ENGINEERINGNET.BE – De eigenschappen van metamaterialen worden bepaald door de geometrie van de structuur waaruit ze zijn opgebouwd. Onderzoekers ontwerpen deze structuren digitaal en printen ze vervolgens in 3D.

De resulterende metamaterialen kunnen extreme en onnatuurlijke eigenschappen vertonen. Er zijn bijvoorbeeld metamaterialen ontworpen die zich, ondanks dat ze vast zijn, als een vloeistof gedragen.

“Vertel ons welke eigenschappen je wilt en wij ontwikkelen een geschikt materiaal met die eigenschappen. Wat je dan krijgt is niet echt een materiaal, maar iets dat ergens tussen een structuur en een materiaal ligt”, zegt professor Amir Zadpoor van de TU Delft. .

Een dergelijk materiaalontdekkingsproces vereist het oplossen van het zogenaamde inverse probleem: het probleem van het vinden van de geometrie die de gewenste eigenschappen produceert.

Deze omgekeerde problemen zijn notoir moeilijk en dat is waar AI een rol gaat spelen. Om dit te doen hebben onderzoekers van de TU Delft deep learning-modellen ontwikkeld.

“Nu kunnen we ons simpelweg afvragen: hoeveel basiscomponenten kunnen er met jouw productietechniek in het apparaat worden verwerkt?”, zegt medeonderzoeker Helda Pahlavani. “Het model vindt dan de geometrie die de gewenste eigenschappen biedt voor het aantal bouwstenen dat daadwerkelijk vervaardigd kan worden.”

“Onze tool selecteert bovendien uit een grote groep kandidaten de meest duurzame ontwerpen. Dit maakt onze ontwerpen echt praktisch en niet alleen maar theoretische avonturen”, zegt Zadpoor.

De mogelijkheden van metamaterialen lijken eindeloos, maar hun volledige potentieel wordt nog lang niet benut, zegt universitair docent Mohammad J. Mirzaali.

Dit komt omdat het vinden van het optimale ontwerp van een metamateriaal nog steeds grotendeels gebaseerd is op intuïtie, vallen en opstaan ​​met zich meebrengt en daarom veel werk vergt.

Het gebruik van een omgekeerd ontwerpproces, waarbij de gewenste eigenschappen het uitgangspunt vormen van het ontwerp, is binnen het vakgebied van de metamaterialen nog ongebruikelijk.

“Maar wij denken dat de stap die we hebben gezet revolutionair is voor metamaterialen. Het zou tot allerlei nieuwe toepassingen kunnen leiden.” Onderzoekers zien potentiële toepassingen in orthopedische implantaten, chirurgische instrumenten, zachte robots, adaptieve spiegels en exoskeletten.