Sandia National Laboratories a créé le premier logiciel de conception inverse pour les métamatériaux optiques, ce qui signifie que les utilisateurs commencent par décrire le résultat qu'ils souhaitent, et le logiciel remplit les étapes pour y arriver. L'approche de conception moderne élimine les conjectures des technologies d'ingénierie encore théoriques telles que l'ultracompact, des caméras hautes performances et une armure de camouflage qui pourraient rendre les porteurs invisibles à la détection.

Sandia utilise l'aide à la conception, appelé Mirage, dans ses programmes de recherche et développement et a publié l'année dernière une version test pour certains collaborateurs. Maintenant, les chercheurs travaillant sur des projets gouvernementaux de métamatériaux peuvent demander une licence sans frais.

Fabriqué par l'homme, Les métamatériaux optiques sont vantés depuis plus d'une décennie pour leur capacité à manipuler la lumière de manière extraordinaire. En théorie, L'imagerie satellitaire et les télescopes interstellaires pourraient être considérablement plus petits avec des lentilles en métamatériau cent fois plus minces que les lentilles conventionnelles. Ou, la technologie pourrait un jour conduire à masquer des matériaux qui détournent la lumière autour d'eux, rendre les objets impossibles à voir.

Mirage simplifie et automatise le processus de conception des matériaux qui seraient nécessaires pour ces technologies.

Mirage élimine les conjectures de la conception

Le domaine des métamatériaux optiques a jusqu'à présent eu du mal à tenir toutes ses promesses de révolutionner l'optique. Une difficulté pour les ingénieurs a été que les métamatériaux sont constitués de minuscules blocs de construction, appelés méta-atomes, qui peut être conçu dans d'innombrables variantes. Une certaine forme, collectivement, pourrait courber la lumière. Changer cette forme, la taille, l'espacement ou le matériau et qui pourrait amplifier l'effet ou le diminuer ou provoquer quelque chose de complètement différent, comme tourner la lumière dans un sens ou dans l'autre ou changer son intensité ou sa couleur.

« Prédire quelles seront les propriétés « homogénéisées » en vrac a été très difficile à déterminer jusqu'à présent, " a déclaré Mike Fiddy, un responsable de programme à la Defense Advanced Research Projects Agency, ou DARPA, qui a financé le développement du logiciel.

D'autres logiciels peuvent simuler ce que les méta-atomes feront à la lumière, mais cela permet uniquement aux chercheurs d'utiliser leur intuition pour expérimenter différentes conceptions jusqu'à ce qu'ils tombent sur ou élaborent de manière fastidieuse le comportement qu'ils souhaitent.

Malgré le défi, certains chercheurs ont réussi à créer des dispositifs métamatériaux imaginatifs. Sandia a inventé un appareil qui convertit la chaleur en électricité, potentiellement pour des moteurs plus économes en carburant, et une technologie de mélange de lumière qui pourrait conduire à une nouvelle, changeable, source lumineuse multicolore, ce qui pourrait accélérer toutes sortes de recherches, de l'archéologie à la biomédecine.

Mais dans l'ensemble, a déclaré le scientifique de Sandia Ihab El-Kady, l'entreprise métamatérielle a eu besoin d'un coup de pouce.

"Nous ne pouvons pas résoudre ce problème par essais et erreurs, " dit El-Kady, qui a conçu Mirage. "Au lieu, on pourrait faire l'inverse. On pourrait dire :'Voici le comportement que je veux. Maintenant, dis-moi à quoi ressemble le métamatériau.'"

Aucun outil n'a utilisé cette approche de conception inverse. Donc, El-Kady et son équipe du National Security Photonics Center de Sandia en ont construit un.

Instructions conviviales pour exploiter plus de 100 modèles

Mirage permet aux utilisateurs de commencer par lui indiquer la propriété optique qu'ils souhaitent (comment leur métamatériau doit interagir avec la lumière) et leurs matériaux de départ. Mirage génère des conceptions qui correspondent à ces critères à partir d'une bibliothèque de plus de 100 modèles. Ou, les utilisateurs peuvent dessiner leurs propres conceptions, et le programme les vérifiera pour les erreurs.

« Une approche plus systématique de la conception des métamatériaux devrait considérablement accélérer leur adoption dans divers domaines d'application, " en éliminant les plus couramment utilisés, approches basées sur l'intuition, dit Fiddy.

La DARPA a présenté Mirage en tant que technologie de premier plan lors du symposium du 60e anniversaire de l'agence à Fort Washington, Maryland, mettant en valeur ses utilisations de grande envergure.

« Mirage est un outil tout-en-un, " a déclaré El-Kady. " Non seulement cela vous dit à quoi ressemble le métamatériau, il permet d'explorer différentes configurations, simuler le système, valider le comportement choisi, visualisez sa réponse et optimisez sa fonctionnalité dans le cadre de vos contraintes de fabrication."

Le logiciel affine les idées puissantes

En plus de ça, a déclaré Igal Brener, scientifique senior de Sandia, qui utilise le logiciel dans sa recherche de métamatériaux, Mirage est utile car il inclut des algorithmes qui aident les chercheurs à tirer le meilleur parti de leurs inventions.

L'équipe de Brener a précédemment créé un matériau capable de mélanger deux lasers pour produire 11 couleurs à la fois, y compris la lumière infrarouge et ultraviolette. Potentiellement, cette technologie pourrait être développée en lasers accordables qui remplacent ceux à une seule couleur.

Mais certaines de ces couleurs sont trop sombres pour être utiles, il explore donc des moyens d'éclaircir la sortie. D'autres progiciels utilisés par Brener incluent des algorithmes d'optimisation simples. Cependant, pour utiliser des algorithmes plus avancés, il doit compléter ces packages avec son propre codage. Ce n'est pas le cas avec Mirage.

"Les techniques d'optimisation se déclinent en de nombreuses saveurs différentes, ", a-t-il déclaré. " Mirage est le seul logiciel que je connaisse qui intègre les techniques d'optimisation complexes dont j'ai besoin. "

Si le lancement initial est réussi, Sandia envisage de développer une deuxième version de Mirage, provisoirement appelé Mirage Elite, cela introduirait une poussée en avant dans l'optimisation en transformant automatiquement les méta-atomes en formes bizarres et étranges dans la chasse aux comportements non découverts.