荷蘭台夫特理工大學助理教授Miguel Bessa及其研究團隊,藉由機器學習的幫助,將原本堅硬易碎的材料,轉換成一種像海綿一樣的新材料,該材料特別之處在於,會一直維持堅硬的狀態,直到施加外力超過臨界值,才會出現可輕易壓縮的狀態。

不過,Miguel Bessa認為,這項研究重要性不在於開發出新材料,而在於開發材料的方法,是借由機器學習幫助完成,減少過去不停實驗,經歷試錯過程的時間。

Miguel Bessa受到了一種可變形的衛星結構啟發,這種衛星設計是可從原本的小封裝中,展開成極大的太陽帆(Solar Sail),因此他也想設計出一種可高度壓縮但同時兼具硬度的材料,如此便能把該材料壓縮至原有體積的一小部分,讓運用該材料製作的自行車、餐桌或是雨傘,能更方便收納。

研究人員採用計算資料驅動的方法,透過選擇材料、長度規模和製造工藝,探索新的超材料(Metamaterial)概念,使其具有不同的特性。在貝氏機器學習的指引下,研究團隊以不同長度比例製造了兩種設計,這些設計將堅硬易碎的聚合物,轉變成輕量、可恢復和可壓縮的超材料。較大型的設計經過調整,可實現最大可壓縮性,可壓縮比例為94%(應變,Strain),可恢復力強度為0.1 kPa,而微型的設計可恢復力強度超過100 kPa,可壓縮比例為80%。

而這類擁有特殊性質的超材料,通常需要透過探索新的幾何形狀,來實現全新的特性和功能,Miguel Bessa提到,過去超材料的設計,仰賴廣泛的實驗以及傳統嘗試錯誤的方法,但他們反轉了開發流程,先利用機器學習探索設計的可能性,以最大程度減少實驗的次數,他認為,人工智慧為尋找寶藏的科學家提供了一份藏寶圖。


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