Inverse designing metamaterials with programmable nonlinear functional responses in graph space

要約

非線形曲線として表される、静的および動的刺激に対する材料の応答は、構造サポート、衝撃保護、音響および光子バンドギャップなどのエンジニアリング機能の設計目標です。
3 次元メタマテリアルは、その内部構造により大幅な調整可能性を提供しますが、既存の手法では複雑な挙動と構造の関係を捉えるのが困難です。
我々は、プログラム可能な応答と任意の製造上の制約を備えた 3 次元メタマテリアルを設計できるグラフベースのフレームワークである GraphMetaMat を紹介します。
グラフ ネットワーク、物理バイアス、強化学習、ツリー検索を統合する GraphMetaMat は、4 桁にわたる応力-ひずみ曲線と複雑な挙動、およびさまざまな減衰ギャップを持つ粘弾性伝達応答をターゲットにできます。
GraphMetaMat は、保護具用の緩衝材や電気自動車用の振動減衰パネルを作成でき、市販の材料を上回る性能を備え、オンデマンドの機能を備えた材料の自動設計を可能にします。

要約(オリジナル)

Material responses to static and dynamic stimuli, represented as nonlinear curves, are design targets for engineering functionalities like structural support, impact protection, and acoustic and photonic bandgaps. Three-dimensional metamaterials offer significant tunability due to their internal structure, yet existing methods struggle to capture their complex behavior-to-structure relationships. We present GraphMetaMat, a graph-based framework capable of designing three-dimensional metamaterials with programmable responses and arbitrary manufacturing constraints. Integrating graph networks, physics biases, reinforcement learning, and tree search, GraphMetaMat can target stress-strain curves spanning four orders of magnitude and complex behaviors, as well as viscoelastic transmission responses with varying attenuation gaps. GraphMetaMat can create cushioning materials for protective equipment and vibration-damping panels for electric vehicles, outperforming commercial materials, and enabling the automatic design of materials with on-demand functionalities.

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