熱輻射超材料是一種能夠幫助物體自動(dòng)降溫的特殊人造材料,在多個(gè)領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值,但這種超材料的微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料組分設(shè)計(jì)組合起來有上百萬種可能性?!拔覀円階I模型,僅用3個(gè)月就篩選出5萬多組數(shù)據(jù)。而用常規(guī)方法需要的時(shí)間就是個(gè)天文數(shù)字?!鄙虾=煌ù髮W(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院周涵教授告訴記者。
7月2日晚,由周涵團(tuán)隊(duì)構(gòu)建的熱輻射超材料逆向設(shè)計(jì)AI模型成果以論文形式登上《自然》。該模型能夠大批量生成相關(guān)候選設(shè)計(jì)方案。
團(tuán)隊(duì)從生物體的三維拓?fù)錁?gòu)型中獲取靈感,提煉出多種三維結(jié)構(gòu)單元和空間排列方式,并通過首創(chuàng)的“三平面建模法”實(shí)現(xiàn)了對(duì)三維結(jié)構(gòu)單元的精準(zhǔn)描述,建立了涵蓋57110組數(shù)據(jù)的“材料—超構(gòu)模型—光譜性能”數(shù)據(jù)庫?;诖?,團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了熱輻射超材料逆向設(shè)計(jì)AI模型。該模型根據(jù)所需光譜特性,能快速、精準(zhǔn)、大批量地生成相應(yīng)超材料的多種設(shè)計(jì)方案。“輸入相關(guān)數(shù)據(jù),1秒鐘就能生成2000個(gè)設(shè)計(jì)方案?!眻F(tuán)隊(duì)成員之一、上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生肖誠禹說。
為驗(yàn)證該模型實(shí)際效能,團(tuán)隊(duì)用AI模型設(shè)計(jì)并用人力實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了4種針對(duì)特定應(yīng)用的熱輻射超材料,包括寬帶熱輻射超材料、單波段選擇性及雙波段選擇性熱輻射超材料等,涵蓋柔性薄膜、涂料、貼片等多種實(shí)際應(yīng)用形式。在戶外實(shí)測中,這些超材料均展現(xiàn)出優(yōu)異的自降溫效果。比如,單波段選擇性超材料下表面溫度分別比寬帶超材料和商用白漆涂覆表面低2.5℃和5.3℃,建筑如同披上“自動(dòng)降溫外套”。實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示了該模型在建筑節(jié)能、城市熱島效應(yīng)緩解等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
《自然》審稿人評(píng)價(jià):“這項(xiàng)研究標(biāo)志著機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的超材料設(shè)計(jì)領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展,該研究扎實(shí)而全面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人信服且具有重要影響”。
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