Инженеры из Массачусетского технологического института (MIT) практически полностью автоматизировали процесс подбора микроструктур под конкретные нужды. Для этого они создали библиотеку материалов с уже известным строением и алгоритм, позволяющий на их примерах вычислять оптимальное строение новых материалов с определенными механическими свойствами. Научная статья опубликована в журнале Science Advances, а ее текст и дополнительные материалы авторы выложили на странице своей лаборатории.

Работа в этом направлении началась достаточно давно. На первом этапе исследователи моделировали структуры на компьютере, а затем с помощью симуляции анализировали их физические свойства: как микрообъекты такой формы отреагируют на приложение силы в различных точках.

Изучив таким образом множество объектов, они начали решать обратную задачу — рассчитывать, как будет устроен тот или иной материал с заданной механикой. Сначала вычисляются свойства микроструктуры в отдельных точках. Затем, когда точек накапливается достаточно много, программа соединяет их и выявляет наиболее вероятную форму объекта — такую, при которой расположение каждой точки обеспечивает компромисс между несколькими ее механическими свойствами (то есть перемещение любой из точек сделает конструкцию неоптимизированной). Для этой формы определяется «скелет» — простейший из возможных вид его основы. После этого на основу «нанизывают» детали.

Теперь можно задать программе желаемые физические свойства микрообъекта, и она сама подберет для него оптимальную форму и материал.

Наконец, специальный алгоритм вычисляет, каким образом нужные микроструктуры можно собрать в кластеры. Также он позволяет определить оптимальный размер каждого «строительного блока».

Пока оптимальное строение материалов на микроскопическом уровне подбирали только с учетом механических свойств. Но авторы исследования утверждают, что в будущем то же самое получиться делать и для получения объектов с нужными электромагнитными характеристиками.