熱輻射超材料是一種能夠幫助物體自動降溫的特殊人造材料，在多個領(lǐng)域具有重要應用價值，但這種超材料的微結(jié)構(gòu)設計及材料組分設計組合起來有上百萬種可能性。“我們引入AI模型，僅用3個月就篩選出5萬多組數(shù)據(jù)。而用常規(guī)方法需要的時間就是個天文數(shù)字。”上海交通大學材料科學與工程學院周涵教授告訴記者。

7月2日晚，由周涵團隊構(gòu)建的熱輻射超材料逆向設計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)候選設計方案。

團隊從生物體的三維拓撲構(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”實現(xiàn)了對三維結(jié)構(gòu)單元的精準描述，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。基于此，團隊構(gòu)建了熱輻射超材料逆向設計AI模型。該模型根據(jù)所需光譜特性，能快速、精準、大批量地生成相應超材料的多種設計方案。“輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，1秒鐘就能生成2000個設計方案。”團隊成員之一、上海交通大學材料科學與工程學院博士生肖誠禹說。

為驗證該模型實際效能，團隊用AI模型設計并用人力實驗驗證了4種針對特定應用的熱輻射超材料，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、貼片等多種實際應用形式。在戶外實測中，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“自動降溫外套”。實驗結(jié)果展示了該模型在建筑節(jié)能、城市熱島效應緩解等領(lǐng)域的應用潛力。

《自然》審稿人評價：“這項研究標志著機器學習驅(qū)動的超材料設計領(lǐng)域取得了重大進展，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”。