超材料的智能设计研究进展

摘 要: 超材料是一种人工合成材料, 其结构经过精心设计和精密控制, 表现出不同于自然材料的特殊性能, 这些 具有独特功能的超材料在光学、电磁学、声学、力学等领域具有重要的应用价值. 然而, 传统的超材料设计通常依赖 于人工经验, 导致设计周期长, 缺乏灵活性和可调性, 难以实现大规模快速设计与量产. 高效设计与性能调控超材料 已成为 CAD、机械工程和材料科学的重要研究方向. 近年来, 随着人工智能算法的快速发展, 智能算法在超材料设 计领域中的应用越来越广泛, 展现出高效优化、生成多样性结构、缩短设计周期等优势. 文中对超材料的智能设计研 究进展进行综述, 首先介绍超材料的基本概念和发展历史; 然后从实际需求出发, 阐述了超材料的应用领域与设计 问题; 提出了智能设计算法的核心问题是数据的表示与数据集的构建, 针对这 2 方面进行详细的阐述与对比分析; 还介绍了智能优化算法的框架; 最后总结超材料设计领域所面临的高质量数据集匮乏、多目标优化难题、高分辨率 超材料的高效计算等挑战, 并展望了该领域未来的发展趋势即面向多样化功能需求的“可表达” “可编辑”“可分析” “可优化”和“可制造”的研究.