Un nou algoritme pot descobrir materials amb característiques inusuals, inclosa la invisibilitat

Els metamaterials són materials dissenyats artificialment. Els científics els creen combinant diversos elements a partir de materials compostos, com ara un metall i un aïllant elèctric. El resultat és un material totalment nou amb propietats no trobades a la natura. Els enginyers poden utilitzar aquests materials per crear nous dispositius o millorar els existents.

Suposant que es vol construir una capa d'invisibilitat de la vida real. Per aconseguir la invisibilitat, un metamaterial ha de tenir certes propietats òptiques. Concretament, els científics haurien de dissenyar el material perquè pogués controlar com la llum es mou al voltant d'un objecte sense que es reflecteixi ni s'absorbeixi. Aquest disseny és possible, però tindria només el material correcte amb l'estructura correcta.
Hi ha centenars de milers d'estructures de potencials materials amb respostes òptiques que cauen en algun lloc de l'espectre òptic. Cal explorar-los per trobar un nou disseny.
Ara, el professor nord-americà Yongmin Liu ha desenvolupat un nou mètode per descobrir ràpidament materials que tenen qualitats desitjables. En un article publicat recentment a ACS Nano, Liu i els seus companys descriuen un algorisme d'aprenentatge automàtic que han desenvolupat i entrenat per identificar noves estructures de metamaterials. El nou mètode és molt més ràpid i més precís que els anteriors, preparant el camí perquè els enginyers dissenyin materials de pròxima generació.

L'algoritme s'ha provat en un conjunt de dades de 30.000 mostres diferents, cadascuna representant una relació específica entre una estructura metamaterial i la propietat òptica corresponent. Una vegada que l'algoritme va aprendre aquestes relacions, va poder-ne predir de noves.
La cerca de totes les possibles combinacions de paràmetres per als materials és gairebé impossible. A l'introduir la intel·ligència artificial al disseny metamaterial, sembla ser que serà possible gaudir del potencial dels metamaterials. La investigació del professor Liu apunta a una nova orientació de la recerca que seguiran molts grups en aquest camp.

Els enginyers poden utilitzar l'algorisme per descobrir nous materials amb característiques útils específiques. Per exemple, els panells solars actuals només poden convertir entre 20 i 30 per cent de la llum solar en energia elèctrica. Liu està interessat en trobar un material capaç d'absorbir lleugerament el 100 per cent per crear panells solars més eficients.
Amb aquest algoritme, es poden dissenyar noves propietats de metamaterials sota demanda, aquests nous materials òptics serviran de base per a una varietat de dispositius funcionals. Es confia que l'algoritme sigui capaç d'identificar el material adequat. Però la tecnologia actual només podria muntar el material a escala nanomètrica. Fabricar una capa prou gran és un repte important per al qual els científics consideren que encara queden entre 10 i 15 anys per la seva superació.

S'ha vist un gran progrés en la fabricació avançada, com ara la impressió 3D. S'espera que les persones que treballen en aquesta àrea plantegin idees creatives per resoldre el repte de la seva fabricació.

Font: Northeastern University