Stripe patterns are ubiquitous in nature and everyday life. While the synthesis of these patterns has been thoroughly studied in the literature, their potential to control the mechanics of structured materials remains largely unexplored. In this work, we introduce Differentiable Stripe Patterns -- a computational approach for automated design of physical surfaces structured with stripe-shaped bi-material distributions. Our method builds on the work by Knoppel and colleagues for generating globally-continuous and equally-spaced stripe patterns. To unlock the full potential of this design space, we propose a gradient-based optimization tool to automatically compute stripe patterns that best approximate macromechanical performance goals. Specifically, we propose a computational model that combines solid shell finite elements with XFEM for accurate and fully-differentiable modeling of elastic bi-material surfaces. To resolve non-uniqueness problems in the original method, we furthermore propose a robust formulation that yields unique and differentiable stripe patterns. %Finally, we introduce design space regularizers to avoid numerical singularities and improve stripe neatness We combine these components with equilibrium state derivatives into an end-to-end differentiable pipeline that enables inverse design of mechanical stripe patterns. We demonstrate our method on a diverse set of examples that illustrate the potential of stripe patterns as a design space for structured materials. Our simulation results are experimentally validated on physical prototypes.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
59+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
152+阅读 · 2019年10月12日
[综述]深度学习下的场景文本检测与识别
专知会员服务
77+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
103+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
28+阅读 · 2019年5月18日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
Zero-Shot Learning相关资源大列表
专知
52+阅读 · 2019年1月1日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
17+阅读 · 2018年12月24日
vae 相关论文 表示学习 1
CreateAMind
12+阅读 · 2018年9月6日
【论文】变分推断(Variational inference)的总结
机器学习研究会
39+阅读 · 2017年11月16日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2008年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年7月7日
Arxiv
11+阅读 · 2022年9月1日
VIP会员
相关资讯
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2009年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2008年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员