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【中國智能制造網(wǎng) 技術(shù)前沿】日前，美國西北大學(xué)正在對逆向設(shè)計的元設(shè)備進行研究。大部分創(chuàng)新是使用從亞馬遜購買的基本3D打印機和逆向設(shè)計原理完成的。該團隊正式將3D打印和反向設(shè)計結(jié)合起來，使其成為功能齊全的設(shè)備。
融合3D打印與逆向設(shè)計 美國研發(fā)突破性元設(shè)備
隨著技術(shù)的進步，設(shè)備變得越來越小。近，從智能汽車到手機到臺式3D打印機的整個系統(tǒng)都可以看到這一趨勢。但是，整個數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)本身呢？近日，西北大學(xué)的一組研究人員已經(jīng)開始地研究這個問題，正如在學(xué)術(shù)期刊“科學(xué)報告”中發(fā)表的一項新研究所示。他們的個結(jié)論是令人驚訝的。
這篇題為“逆向設(shè)計的寬帶全介電電磁設(shè)備”的論文描繪了一個眼鏡不可能看到的薄的世界的肖像，而一個智能手機相機如此之小，以至于肉眼看不到它。在這個世界上，傳感器是高度空氣動力學(xué)的，并且能夠符合飛機機翼的角度和斜度。材料甚至可以作為隱身斗篷，涂料罐使他們看起來消失。雖然這聽起來像是科幻小說里的東西，但這個世界可能比我們想象的更早到達。
在他們的研究中，西北研究小組記錄了他們在創(chuàng)建毫米波頻率下、非諧振的寬帶元器件方面的突破性工作。在這里取得的創(chuàng)新有朝一日可以證明在國防、消費產(chǎn)品和電信方面具有革命性意義，例如下一代5G無線網(wǎng)絡(luò)。
麥考密克工程學(xué)院電氣工程與計算機科學(xué)助理教授Koray Aydin說：“我覺得我們真的處在一個很大的事情的邊緣。”Aydin和一群同事和研究生一起對逆向設(shè)計的元設(shè)備進行研究。“研究部分需要做很多工作，但是我們正在朝著正確的方向發(fā)展，”他說。
雖然這些寬帶元設(shè)備是高科技的，西北大學(xué)研究小組的過程證明是驚人的直截了當。大部分創(chuàng)新是使用從亞馬遜購買的基本3D打印機和逆向設(shè)計原理完成的。鑒于前向設(shè)計允許系統(tǒng)接受預(yù)期用于其自身更高版本的輸入，反向設(shè)計從一個功能開始，并詢問需要什么結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)期望的結(jié)果。在這種情況下，這意味著使用計算機建模、優(yōu)化軟件和復(fù)雜算法來構(gòu)建可以彎曲或重新聚焦毫米波的元器件，同時避免常見的低效率、器件體積大或帶寬窄的問題。
“我們在這里所取得的成就是一種創(chuàng)造電磁裝置的新方法，這種裝置可以實現(xiàn)一些傳統(tǒng)上看起來不可能做到的功能”位于Weinberg的McCormick學(xué)院的物理學(xué)和天文學(xué)的電子工程和計算機科學(xué)教授Prem Kumar解釋道。“與機器學(xué)習(xí)有點類似，這個過程可能會導(dǎo)致意想不到的結(jié)果。在這里，意想不到的結(jié)果是在寬帶功能上的勝利。”
來自McCormick學(xué)院的工程系研究生Francois Callewaert被認為是逆設(shè)計算法背后的創(chuàng)造者。他的同事(Vesin Velev)來自物理學(xué)和天文學(xué)部門，協(xié)助進行詳細的毫米波測量。兩人都與Aydin一起工作，Aydin強調(diào)了Callewaert的算法將復(fù)雜幾何形狀的設(shè)計展現(xiàn)為完全“大開眼界”的實例。
用Aydin自己的話來說，“這些不是已知的形狀，不是直觀的形狀”。然而，這樣復(fù)雜的幾何形狀提出了一個問題：團隊如何去實際構(gòu)建它們？Aydin指出，使用傳統(tǒng)的制造方法將是太繁重和昂貴的。
答案終被證明是采用3D打印技術(shù)，這是Aydin認為“研究核心”的解決方案。該團隊正式將3D打印和反向設(shè)計結(jié)合起來，使其成為功能齊全的設(shè)備。“對我來說，重要的是它的多學(xué)科性質(zhì)，”Kumar說道。他表示，創(chuàng)新意味著團隊可以設(shè)計出一種看起來不像鏡頭的鏡頭。據(jù)Aydin介紹，另一個優(yōu)勢是，從微波范圍到我們實際可以看到的頻率范圍，這個過程是可以立即升級的，這在很大程度上歸功于3D打印的靈活性。
“幾年前，像這樣的研究看起來會非常不同，因為這樣的行為只能是近似的，”電子工程和計算機科學(xué)教授Alan Sahakian說道。然而，這一次，團隊基本上把他們想要的行為輸入到計算機中，然后計算機根據(jù)確切的行為來優(yōu)化結(jié)構(gòu)。然后使用3D打印機打印出終的原型。Sahakian說：“這是一個真正的突破，你可以通過無縫便捷的方式解決問題。”
(原標題：創(chuàng)新無處不在！逆向設(shè)計+3D打印=突破性的元設(shè)備)
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