Les métamatériaux sont des matériaux fabriqués artificiellement. Les scientifiques les créent en combinant plusieurs éléments à partir de matériaux composites tels qu'un métal et un isolant électrique. Le résultat est un matériau entièrement nouveau avec des propriétés que l'on ne trouve pas dans la nature. Les ingénieurs peuvent ensuite utiliser ces matériaux pour créer de nouveaux appareils ou améliorer ceux qui existent déjà.

Disons que vous voulez créer une cape d'invisibilité réelle. Pour atteindre l'invisibilité, un métamatériau doit posséder certaines propriétés optiques. Spécifiquement, les scientifiques devraient concevoir le matériau de manière à pouvoir contrôler la façon dont la lumière se déplace autour d'un objet sans être réfléchie ou absorbée. Cette conception est possible, mais il faudrait juste le bon matériau avec juste la bonne structure.

Il existe des centaines de milliers de structures matérielles potentielles avec des réponses optiques qui se situent quelque part le long du spectre optique. Les passer au crible pour trouver une nouvelle conception de matériau a traditionnellement pris des heures, voire des jours.

Maintenant, Le professeur du nord-est Yongmin Liu a développé une nouvelle méthode pour découvrir rapidement des matériaux qui ont des qualités souhaitables. Dans un article publié récemment dans ACS Nano , Liu et ses co-auteurs décrivent un algorithme d'apprentissage automatique qu'ils ont développé et entraîné pour identifier de nouvelles structures métamatérielles. La nouvelle méthode est beaucoup plus rapide et plus précise que les approches précédentes, ouvrant la voie aux ingénieurs pour concevoir des matériaux de nouvelle génération.

L'algorithme que Liu et son équipe ont construit a été formé avec un ensemble de données de 30, 000 échantillons différents, chacun représentant une relation spécifique entre une structure de métamatériau et la propriété optique correspondante. Une fois que l'algorithme a appris ces relations, il était capable d'en prédire de nouveaux.

« Rechercher parmi toutes les combinaisons de paramètres possibles pour les matériaux est presque impossible. En introduisant l'intelligence artificielle dans la conception des métamatériaux, Je crois que le potentiel des métamatériaux sera pleinement exploité, " dit Shuang Zhang, professeur de physique à l'Université de Birmingham. "Les recherches du professeur Liu indiquent une nouvelle direction de recherche qui sera suivie par de nombreux groupes dans ce domaine."

Les ingénieurs peuvent désormais utiliser l'algorithme pour découvrir de nouveaux matériaux avec des caractéristiques utiles spécifiques. Par exemple, les panneaux solaires actuels ne peuvent convertir que 20 à 30 pour cent de la lumière solaire en énergie. Liu souhaite trouver un matériau capable d'absorber la lumière à 100 pour cent pour créer des panneaux solaires plus efficaces.

"Avec cet algorithme, nous pouvons concevoir de nouvelles propriétés de métamatériaux à la demande, " dit Liu, professeur assistant en génie mécanique et industriel. "Ces nouveaux matériaux optiques serviront de base à une variété de dispositifs fonctionnels."

Donc, à quelle distance se trouve cette cape d'invisibilité ? Liu a déclaré qu'il était convaincu que l'algorithme serait capable d'identifier le bon matériau. Mais la technologie actuelle ne peut assembler le matériau qu'à l'échelle nanométrique. Fabriquer une cape suffisamment grande pour que quelqu'un puisse la porter est un défi important que Liu pense que les scientifiques sont encore à 10 à 15 ans de surmonter.

"Nous avons vu d'énormes progrès dans la fabrication de pointe, comme l'impression 3D, " a déclaré Liu. " J'espère que les personnes qui travaillent dans ce domaine trouveront des idées créatives pour résoudre le défi de la fabrication d'une cape portable. "