I metamateriali sono materiali ingegnerizzati artificialmente. Gli scienziati li creano combinando più elementi di materiali compositi come un metallo e un isolante elettrico. Il risultato è un materiale completamente nuovo con proprietà che non si trovano in natura. Gli ingegneri possono quindi utilizzare questi materiali per creare nuovi dispositivi o migliorare quelli esistenti.

Supponiamo che tu voglia costruire un mantello dell'invisibilità nella vita reale. Per raggiungere l'invisibilità, un metamateriale deve possedere determinate proprietà ottiche. Nello specifico, gli scienziati dovrebbero progettare il materiale in modo da poter controllare il modo in cui la luce si muove attorno a un oggetto senza essere riflessa o assorbita. Questo disegno è possibile, ma ci vorrebbe solo il materiale giusto con la struttura giusta.

Esistono centinaia di migliaia di potenziali strutture materiali con risposte ottiche che cadono da qualche parte lungo lo spettro ottico. Passarle al setaccio per trovare un nuovo design di materiale ha richiesto tradizionalmente ore o addirittura giorni.

Ora, Il professore del nordest Yongmin Liu ha sviluppato un nuovo metodo per scoprire rapidamente materiali che hanno qualità desiderabili. In un articolo pubblicato di recente in ACS Nano , Liu e i suoi coautori descrivono un algoritmo di apprendimento automatico che hanno sviluppato e addestrato per identificare nuove strutture metamateriali. Il nuovo metodo è molto più veloce e preciso rispetto agli approcci precedenti, aprendo la strada agli ingegneri per progettare materiali di nuova generazione.

L'algoritmo costruito da Liu e dal suo team è stato addestrato con un set di dati di 30, 000 campioni diversi, ognuno rappresenta una relazione specifica tra una struttura metamateriale e la corrispondente proprietà ottica. Una volta che l'algoritmo ha appreso queste relazioni, era in grado di prevederne di nuovi.

"Cercare attraverso tutte le possibili combinazioni di parametri per i materiali è quasi impossibile. Introducendo l'intelligenza artificiale nel design dei metamateriali, Credo che il potenziale dei metamateriali sarà pienamente realizzato, " disse Shuang Zhang, professore di fisica all'Università di Birmingham. "La ricerca del prof. Liu indica una nuova direzione di ricerca che sarà seguita da molti gruppi in questo campo".

Gli ingegneri possono ora utilizzare l'algoritmo per scoprire nuovi materiali con caratteristiche utili specifiche. Per esempio, gli attuali pannelli solari possono convertire solo dal 20 al 30 percento della luce solare in energia. Liu è interessato a trovare un materiale in grado di assorbire la luce al 100% per creare pannelli solari più efficienti.

"Con questo algoritmo, possiamo progettare nuove proprietà dei metamateriali su richiesta, " disse Liù, un assistente professore di ingegneria meccanica e industriale. "Questi nuovi materiali ottici serviranno come base per una varietà di dispositivi funzionali".

Così, quanto è lontano quel mantello dell'invisibilità? Liu ha detto di essere sicuro che l'algoritmo sarà in grado di identificare il materiale giusto. Ma la tecnologia attuale potrebbe assemblare il materiale solo su scala nanometrica. Fabbricare un mantello abbastanza grande da poter essere indossato da qualcuno è una sfida significativa che Liu ritiene che gli scienziati siano ancora lontani dai 10 ai 15 anni dal superamento.

"Abbiamo visto enormi progressi nella produzione avanzata, come la stampa 3D, " Liu ha detto. "Spero che le persone che lavorano in questo settore escogitano alcune idee creative per risolvere la sfida della fabbricazione di un mantello indossabile".