Data-Driven Design for Metamaterials and Multiscale Systems: A Review

计算机科学 超材料 领域(数学) 软件部署 数据科学 数据驱动 系统工程 材料设计 分类 人机交互 人工智能 软件工程 工程类 万维网 物理 数学 光电子学 纯数学
作者
Doksoo Lee,Wei Wayne Chen,Liwei Wang,Yu‐Chin Chan,Wei Chen
出处
期刊:Cornell University - arXiv
标识
DOI:10.48550/arxiv.2307.05506
摘要

Metamaterials are artificial materials designed to exhibit effective material parameters that go beyond those found in nature. Composed of unit cells with rich designability that are assembled into multiscale systems, they hold great promise for realizing next-generation devices with exceptional, often exotic, functionalities. However, the vast design space and intricate structure-property relationships pose significant challenges in their design. A compelling paradigm that could bring the full potential of metamaterials to fruition is emerging: data-driven design. In this review, we provide a holistic overview of this rapidly evolving field, emphasizing the general methodology instead of specific domains and deployment contexts. We organize existing research into data-driven modules, encompassing data acquisition, machine learning-based unit cell design, and data-driven multiscale optimization. We further categorize the approaches within each module based on shared principles, analyze and compare strengths and applicability, explore connections between different modules, and identify open research questions and opportunities.

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