Los metamateriales son materiales diseñados artificialmente. Los científicos los crean combinando múltiples elementos de materiales compuestos como un metal y un aislante eléctrico. El resultado es un material completamente nuevo con propiedades que no se encuentran en la naturaleza. Los ingenieros pueden utilizar estos materiales para crear nuevos dispositivos o mejorar los existentes.

Digamos que quieres construir una capa de invisibilidad de la vida real. Para lograr la invisibilidad, un metamaterial necesita poseer ciertas propiedades ópticas. Específicamente, los científicos tendrían que diseñar el material para poder controlar cómo la luz se mueve alrededor de un objeto sin ser reflejada o absorbida. Este diseño es posible, pero se necesitaría el material adecuado con la estructura adecuada.

Hay cientos de miles de estructuras materiales potenciales con respuestas ópticas que se encuentran en algún lugar del espectro óptico. Tradicionalmente, examinarlos para encontrar un nuevo material de diseño ha llevado horas o incluso días.

Ahora, El profesor del noreste, Yongmin Liu, ha desarrollado un nuevo método para descubrir rápidamente materiales que tienen cualidades deseables. En un artículo publicado recientemente en ACS Nano , Liu y sus coautores describen un algoritmo de aprendizaje automático que desarrollaron y entrenaron para identificar nuevas estructuras de metamateriales. El nuevo método es mucho más rápido y preciso que los enfoques anteriores, allanando el camino para que los ingenieros diseñen materiales de próxima generación.

El algoritmo que construyeron Liu y su equipo se entrenó con un conjunto de datos de 30, 000 muestras diferentes, cada uno representa una relación específica entre una estructura de metamaterial y la propiedad óptica correspondiente. Una vez que el algoritmo aprendió esas relaciones, fue capaz de predecir nuevos.

"Buscar materiales en todas las combinaciones de parámetros posibles es casi imposible. Al introducir la inteligencia artificial en el diseño de metamateriales, Creo que el potencial de los metamateriales se realizará plenamente, "dijo Shuang Zhang, profesor de física en la Universidad de Birmingham. "La investigación del Prof. Liu apunta a una nueva dirección de investigación que será seguida por muchos grupos en este campo".

Los ingenieros ahora pueden usar el algoritmo para descubrir nuevos materiales con características útiles específicas. Por ejemplo, Los paneles solares actuales solo pueden convertir del 20 al 30 por ciento de la luz solar en energía. Liu está interesado en encontrar un material capaz de absorber el 100 por ciento de la luz para crear paneles solares más eficientes.

"Con este algoritmo, podemos diseñar nuevas propiedades de metamateriales bajo demanda, "dijo Liu, profesor asistente de ingeniería mecánica e industrial. "Estos nuevos materiales ópticos servirán como base para una variedad de dispositivos funcionales".

Entonces, ¿A qué distancia está esa capa de invisibilidad? Liu dijo que confía en que el algoritmo podrá identificar el material correcto. Pero la tecnología actual solo podía ensamblar el material a nanoescala. Fabricar una capa lo suficientemente grande para que alguien la use es un desafío importante que Liu cree que los científicos aún están a 10 o 15 años de superar.

"Hemos visto un enorme progreso en la fabricación avanzada, como la impresión 3D, ", Dijo Liu." Espero que las personas que trabajan en esta área tengan algunas ideas creativas para resolver el desafío de la fabricación de una capa portátil ".