[ad_1]
(noticias nanowerk) Un recubrimiento que puede ocultar objetos a la vista o un implante que se comporta exactamente como el tejido óseo. Estos extraordinarios objetos ya se están fabricando a partir de metamateriales. Los investigadores de TU Delft han desarrollado una herramienta de inteligencia artificial que no solo puede descubrir materiales tan extraordinarios, sino también prepararlos para la producción y hacerlos duraderos. Esto hace posible crear dispositivos con una funcionalidad sin precedentes.
Publicaron sus resultados en Materiales avanzados (“Aprendizaje profundo para el diseño inverso independiente del tamaño de metamateriales mecánicos impresos en 3D con redes aleatorias”).
Las propiedades de los materiales normales, como la rigidez y la flexibilidad, están determinadas por la composición molecular del material, pero las propiedades de los metamateriales están determinadas por la geometría de la estructura a partir de la cual están construidos. Los investigadores diseñan estas estructuras digitalmente y luego las imprimen en 3D. Los metamateriales resultantes pueden exhibir propiedades extremas y antinaturales. Por ejemplo, los investigadores han diseñado metamateriales que, pese a ser sólidos, se comportan como un líquido.
“Tradicionalmente, los diseñadores utilizan los materiales que tienen a su disposición para diseñar un nuevo dispositivo o máquina. El problema es que la gama de propiedades materiales disponibles es limitada. Algunas propiedades que nos gustaría tener simplemente no existen en la naturaleza. Nuestro enfoque es: Díganos qué propiedades desea y desarrollaremos un material adecuado con estas propiedades. Lo que se obtiene entonces no es realmente un material, sino algo entre una estructura y un material, un metamaterial”, afirma el profesor Amir Zadpoor del Departamento de Biomecánica.
Diseño inverso
Un proceso de descubrimiento de materiales de este tipo requiere resolver el llamado problema inverso: el problema de encontrar la geometría que conduzca a las propiedades deseadas. Los problemas inversos son muy difíciles de resolver y aquí es donde entra en juego la IA. Los investigadores de TU Delft han desarrollado modelos de aprendizaje profundo que resuelven estos problemas inversos.
“Incluso cuando en el pasado se resolvieron problemas inversos, se vieron limitados por la suposición simplificadora de que se puede hacer geometría a pequeña escala a partir de un número infinito de bloques de construcción. El problema con esta suposición es que los metamateriales generalmente se fabrican mediante impresión 3D, y las impresoras 3D reales tienen una resolución limitada, lo que limita la cantidad de bloques de construcción que pueden caber en un dispositivo determinado», dice el autor principal, el Dr. Helda Pahlavani.
Los modelos de IA desarrollados por investigadores de la Universidad Técnica de Delft abren nuevos caminos al eludir estos supuestos simplificadores. “Ahora podemos simplemente preguntarnos: ¿Cuántos componentes básicos puedes colocar en tu dispositivo con tu tecnología de fabricación? Luego, el modelo encuentra la geometría que le brinda las propiedades que desea para la cantidad de bloques de construcción que realmente puede fabricar”.
Libera todo tu potencial
Un problema práctico importante que se ha descuidado en investigaciones anteriores ha sido la durabilidad de los metamateriales. La mayoría de los diseños existentes se rompen después de usarse varias veces. Esto se debe a que los enfoques de diseño de metamateriales existentes no tienen en cuenta la durabilidad.
“Hasta ahora sólo se trataba de qué propiedades se pueden lograr. Nuestro estudio tiene en cuenta la durabilidad y selecciona los diseños más duraderos de un gran grupo de candidatos de diseño. Esto hace que nuestros diseños sean aventuras verdaderamente prácticas y no sólo teóricas”, afirma Zadpoor.
Las posibilidades de los metamateriales parecen infinitas, pero todo su potencial está lejos de agotarse, afirma el profesor asistente Mohammad J. Mirzaali, autor correspondiente de la publicación. Actualmente, encontrar el diseño óptimo de un metamaterial todavía se basa en gran medida en la intuición, implica prueba y error y, por lo tanto, requiere mucha mano de obra. El uso de un proceso de diseño inverso, donde las propiedades deseadas forman el punto de partida del diseño, es todavía muy raro en el campo de los metamateriales.
“Pero consideramos que el paso que hemos dado es revolucionario en el campo de los metamateriales. Podría conducir a todo tipo de nuevas aplicaciones”. Las posibles aplicaciones incluyen implantes ortopédicos, instrumentos quirúrgicos, robots blandos, espejos adaptativos y exotrajes.
[ad_2]