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Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Delft, na Holanda, desenvolveram uma nova ferramenta de inteligência artificial (IA) conhecida como “Deep-DRAM” para descobrir e fabricar novos metamateriais com facilidade e acessibilidade incomparáveis.
O método inovador promete revolucionar o desenvolvimento de metamateriais, simplificando a descoberta e a criação de materiais duráveis e personalizados com “funcionalidades sem precedentes” e “propriedades incomuns”.
“Tradicionalmente, os designers usam os materiais disponíveis para projetar um novo dispositivo ou máquina. O problema com isso é que a gama de propriedades dos materiais disponíveis é limitada. Algumas propriedades que gostaríamos de ter simplesmente não existem na natureza”, explicou o coautor do estudo e professor de engenharia biomecânica, Dr. Amir Zadpoor, em um comunicado. Comunicado de imprensa pela Universidade de Delft.
“Nossa abordagem é: diga-nos o que você deseja ter como propriedades e nós projetamos um material apropriado com essas propriedades. O que você obterá então não é realmente um material, mas algo entre uma estrutura e um material, um metamaterial.”
Metamateriais são materiais projetados para terem propriedades não encontradas em substâncias naturais. Esses compósitos projetados podem desafiar as propriedades convencionais dos materiais, derivando suas características únicas da geometria de uma estrutura, e não da composição molecular.
Os metamateriais são atualmente empregados em diversas indústrias, servindo a propósitos práticos, como melhorar o desempenho de antenas em telecomunicações e controlar ondas sonoras para redução de ruído ou com foco em engenharia acústica. Avanços recentes incluem a criação do mundo primeiro “vidro unidirecional” genuíno apresentando metamateriais, versatilidade e potencial para aplicações inovadoras.
Em 2006, dois artigos científicos publicados em Ciência demonstrado que metamateriais poderiam ser usados para manipular a propagação e transmissão de frequências de luz específicas e radiação eletromagnética para tornar um objeto invisível.
Publicações recentes de Laboratórios Nacionais Sandiao Instituto Naval dos EUAe Northrop Grumman discutiram o potencial militar dos metamateriais, sugerindo a possibilidade de criar versões da vida real do fictício “Dispositivo de camuflagem Klingon” ou “Capa da Invisibilidade de Harry Potter”. No entanto, apesar dos esforços de investigação em curso, a tecnologia prática de camuflagem de metamateriais ainda não foi demonstrada publicamente até agora.
Este desafio mais significativo no desenvolvimento de novos metamateriais decorre da resolução do chamado “problema inverso” ou do cálculo da geometria específica necessária para produzir as propriedades desejadas.
“Mesmo quando problemas inversos foram resolvidos no passado, eles foram limitados pela suposição simplificadora de que a geometria em pequena escala pode ser feita a partir de um número infinito de blocos de construção”, explicou a autora principal, Dra. Helda Pahlavani. “O problema com essa suposição é que os metamateriais geralmente são feitos por impressão 3D e as impressoras 3D reais têm uma resolução limitada, o que limita o número de blocos de construção que cabem em um determinado dispositivo.”
Entre no Deep-DRAM: uma estrutura modular orientada por IA que combina modelos de aprendizagem profunda, modelos generativos e simulações de elementos finitos para enfrentar esses desafios de frente.
Os pesquisadores dizem que o Deep-DRAM se destaca por abordar o problema de design inverso de um novo ângulo, permitindo a criação de materiais com propriedades personalizadas, como dupla auxeticidade (materiais que se expandem em duas direções quando esticados) e alta rigidez.
Pahlavani ressaltou a importância da Deep-DRAM ser capaz de superar as restrições anteriores, afirmando: “Agora podemos simplesmente perguntar: quantos blocos de construção sua técnica de fabricação permite acomodar em seu dispositivo? O modelo então encontra a geometria que fornece as propriedades desejadas para o número de blocos de construção que você pode realmente fabricar.”
Em artigo publicado na revista Materiais avançadosos pesquisadores detalharam como a aplicação do Deep-DRAM vai além dos avanços teóricos, apresentando implicações no mundo real por meio de extensas simulações e amostras impressas em 3D.
Os pesquisadores observam que a capacidade da estrutura de gerar microarquiteturas resistentes à fadiga e à fratura destaca o potencial do Deep-DRAM para produzir metamateriais que não são apenas inovadores, mas também duráveis e confiáveis para aplicações práticas.
Este foco na durabilidade difere da maioria dos projetos de metamateriais existentes, que muitas vezes falham após uso repetido.
“Até agora, tratava-se apenas de quais propriedades podem ser alcançadas”, Dr. Zadpoor descreveu os processos atuais para o desenvolvimento de metamateriais. “Nosso estudo considera a durabilidade e seleciona os projetos mais duráveis entre um grande grupo de candidatos a projetos. Isso torna nossos projetos realmente práticos e não apenas aventuras teóricas.”
Os pesquisadores dizem que um dos aspectos notáveis do Deep-DRAM é seu design modular, permitindo a integração de vários modelos computacionais para resolver problemas complexos de design de forma eficiente. Esta abordagem modular acelera o processo de projeto e minimiza os custos computacionais, tornando-a uma opção atraente para uma ampla gama de aplicações.
As implicações da estrutura inovadora Deep-DRAM vão muito além do laboratório, oferecendo soluções tangíveis para desafios do mundo real. Com a capacidade de adaptar metamateriais duráveis a necessidades específicas, indústrias que vão desde a saúde à aeroespacial poderiam beneficiar imensamente deste recente casamento entre a inteligência artificial e a ciência dos materiais.
O professor assistente Dr. Mohammad J. Mirzaali, que também atuou como autor correspondente do estudo, diz que o potencial dos metamateriais é ilimitado. No entanto, como o seu design ideal tem historicamente dependido da intuição e da tentativa e erro, o potencial total dos metamateriais nunca foi verdadeiramente realizado.
No entanto, os pesquisadores acreditam que o processo de design inverso do Deep-DRAM orientado por IA pode revolucionar o desenvolvimento de metamateriais, abrindo caminhos para aplicações como implantes ortopédicos, instrumentos cirúrgicos, robôs macios, espelhos adaptativos e exosuits.
“Acreditamos que o passo que demos é revolucionário no campo dos metamateriais”, disse o Dr. Mirzaali. “Isso poderia levar a todos os tipos de novas aplicações.”
Tim McMillan é um executivo aposentado da lei, repórter investigativo e cofundador do The Debrief. Sua escrita normalmente se concentra em defesa, segurança nacional, comunidade de inteligência e tópicos relacionados à psicologia. Você pode seguir Tim no Twitter: @LtTimMcMillan. Tim pode ser contatado por e-mail: tim@thedebrief.org ou através de e-mail criptografado: TenTimMcMillan@protonmail.com
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