界面新聞記者 | 楊舒鴻吉
界面新聞編輯 | 莊鍵
上海交大團(tuán)隊領(lǐng)銜的一項科研成果登上國際頂尖學(xué)術(shù)期刊。北京時間7月2日晚，這項熱輻射超材料領(lǐng)域的重大原創(chuàng)研發(fā)成果在《Nature》(《自然》)上發(fā)表。
該項成果由金屬基復(fù)合材料全國重點實驗室、上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院/張江高等研究院未來材料創(chuàng)制中心周涵教授課題組、金屬基復(fù)合材料全國重點實驗室主任張荻院士團(tuán)隊，聯(lián)合新加坡國立大學(xué)仇成偉院士團(tuán)隊、美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校鄭躍兵教授團(tuán)隊共同提交。
研發(fā)團(tuán)隊構(gòu)建了一個熱輻射超材料逆向設(shè)計AI(人工智能)模型，能夠大批量生成熱輻射超材料候選設(shè)計方案，并“優(yōu)中選優(yōu)”。
《Nature》審稿人評價稱，“這項研究標(biāo)志著機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動的超材料設(shè)計領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。該研究扎實而全面的實驗結(jié)果令人信服且具有重要影響。”
超材料指的是一類具有特殊性質(zhì)的人造材料，其中具有熱輻射性能的超材料可以把多余的熱量“打包”傳遞到外界。穿上這種材料制作的“外衣”就像穿了一件降溫神器，能夠幫助物體自動降溫，在零能耗輻射冷卻、電子器件熱調(diào)控、人體熱管理等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用價值。
在傳統(tǒng)技術(shù)條件下，超材料設(shè)計方法費時又費力，需在上百萬種可能性尋找最佳結(jié)果，無異于迷宮里摸黑找路。
交大團(tuán)隊結(jié)合多種材料體系訓(xùn)練得到的AI模型，能夠根據(jù)所需光譜特性快速、精準(zhǔn)地生成相應(yīng)超材料的多種設(shè)計方案，全方位提升設(shè)計維度、速度和性能。
周涵介紹，這款模型是基于深度學(xué)習(xí)進(jìn)行自主研發(fā)，可以通過熱輻射值的需求進(jìn)行定制性尋找設(shè)計。在研發(fā)初期，該模型借助了超算平臺來解決算力問題，目前已經(jīng)具備在普通平臺部署的能力。
通過該AI模型，交大團(tuán)隊在3個月時間內(nèi)，基于超過5萬組超材料設(shè)計樣本，逆向設(shè)計出了1500余組接近理論極限的超材料。
而在傳統(tǒng)技術(shù)條件下，完成這一體量的設(shè)計，需要4.567x10的37次方年才能完成，遠(yuǎn)超過宇宙的當(dāng)前年齡。
為驗證AI模型的實際效能，團(tuán)隊用AI模型設(shè)計并實驗驗證了4種針對特定應(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。
在多種戶外場景實測中，AI模型所設(shè)計的熱輻射超材料均展現(xiàn)出優(yōu)異的自降溫效果，在晴朗的正午時分，寬波段超材料下表面溫度相比環(huán)境溫度降低了5.9℃。
周涵告訴界面新聞，隨著超材料逆向設(shè)計AI模型的推廣，國內(nèi)超材料的設(shè)計應(yīng)用有望迎來井噴式發(fā)展，并推動相關(guān)材料轉(zhuǎn)化利用。