Para peneliti memelopori pengembangan metamaterial, yang sifat-sifatnya tidak ditentukan oleh komposisi molekul tetapi oleh geometri strukturalnya. Inovasi ini dimungkinkan melalui desain digital dan pencetakan 3D, yang memungkinkan terciptanya material dengan karakteristik yang belum pernah dilihat sebelumnya, seperti struktur padat yang berfungsi seperti cairan. Kredit: SciTechDaily.com
Kemajuan dalam bahan meta Teknologi yang difasilitasi oleh AI memungkinkan terciptanya material dengan sifat baru dan peningkatan daya tahan, sehingga menjanjikan implikasi signifikan di berbagai bidang.
Sifat material normal, seperti kekakuan dan fleksibilitas, ditentukan oleh komposisi molekul material, namun sifat metamaterial ditentukan oleh geometri struktur dari mana material tersebut dibuat. Para peneliti merancang struktur ini secara digital dan kemudian mencetaknya secara 3D. Metamaterial yang dihasilkan dapat menunjukkan sifat yang tidak alami dan ekstrim. Para peneliti, misalnya, telah merancang metamaterial yang meskipun padat, berperilaku seperti cairan.
“Secara tradisional, desainer menggunakan bahan yang tersedia untuk merancang perangkat atau mesin baru. Masalahnya adalah kisaran sifat material yang tersedia terbatas. Beberapa properti yang ingin kita miliki tidak ada di alam. Pendekatan kami adalah: beri tahu kami properti apa yang ingin Anda miliki dan kami merekayasa material agar sesuai dengan properti tersebut. “Apa yang akan Anda dapatkan sebenarnya bukanlah material melainkan sesuatu antara struktur dan material, sebuah metamaterial,” kata profesor Amir Zadpoor dari Departemen Teknik Biomekanik.
Desain terbalik
Proses menemukan bahan-bahan tersebut memerlukan apa yang disebut solusi masalah sebaliknya: masalah menemukan geometri yang memunculkan sifat-sifat yang Anda inginkan. Masalah invers sangat sulit dipecahkan, dan di situlah AI berperan. Peneliti TU Delft telah mengembangkan model pembelajaran mendalam yang memecahkan masalah kebalikan ini.
“Bahkan ketika permasalahan invers diselesaikan di masa lalu, permasalahan tersebut dibatasi oleh asumsi penyederhanaan bahwa geometri skala kecil dapat dibuat dari blok penyusun dalam jumlah tak terhingga. “Masalah dengan asumsi tersebut adalah bahwa metamaterial biasanya dibuat dengan pencetakan 3D dan printer 3D sebenarnya memiliki resolusi terbatas, sehingga membatasi jumlah blok penyusun yang dapat dimasukkan ke dalam perangkat tertentu,” kata penulis pertama Dr. Helda Pahlavani.
Model AI yang dikembangkan oleh peneliti TU Delft membuat terobosan baru dengan mengabaikan asumsi penyederhanaan tersebut. “Jadi sekarang kami dapat bertanya: berapa banyak elemen penyusun yang dapat diakomodasi oleh teknik manufaktur Anda di perangkat Anda? Model tersebut kemudian menemukan geometri yang memberi Anda properti yang Anda inginkan untuk jumlah blok penyusun yang benar-benar dapat Anda hasilkan.”
Buka potensi penuh
Masalah praktis utama yang diabaikan dalam penelitian sebelumnya adalah ketahanan metamaterial. Kebanyakan desain yang ada rusak setelah digunakan beberapa kali. Hal ini karena pendekatan desain metamaterial yang ada tidak memperhitungkan daya tahan. “Selama ini hanya properti apa saja yang bisa diraih. Studi kami mempertimbangkan daya tahan dan memilih desain yang paling tahan lama dari sejumlah besar kandidat desain. Hal ini membuat desain kami benar-benar praktis dan bukan sekadar petualangan teoretis,” kata Zadpoor.
Kemungkinan metamaterial tampaknya tidak terbatas, namun potensi penuhnya masih jauh dari terwujud, kata asisten profesor Mohammad J. Mirzaali, penulis terkait publikasi tersebut. Pasalnya, pencarian desain metamaterial yang optimal saat ini sebagian besar masih didasarkan pada intuisi, melibatkan trial and error sehingga memerlukan banyak usaha. Penggunaan proses desain terbalik, dimana properti yang diinginkan menjadi titik awal desain, masih sangat jarang terjadi di bidang metamaterial. “Tetapi menurut kami langkah yang kami ambil adalah langkah revolusioner di bidang metamaterial. Hal ini dapat menghasilkan segala jenis aplikasi baru.” Ada potensi penerapannya pada implan ortopedi, instrumen bedah, robot lunak, cermin adaptif, dan pakaian luar.
Referensi: “Pembelajaran Mendalam untuk Desain Invers Ukuran-Agnostik dari Metamaterial Mekanik Cetak 3D Jaringan Acak” oleh Helda Pahlavani, Kostas Tsifoutis-Kazolis, Mauricio C. Saldivar, Prerak Mody, Jie Zhou, Mohammad J. Mirzaali dan Amir A. Zadpoor, 30 Oktober 2023, Materi Lanjutan.
DOI: 10.1002/adma.202303481
NewsRoom.id
