用于显示器,平板电脑,笔记本电脑,智能手机和太阳能电池等技术的玻璃需要透过光线,但可以从排斥水,污垢,油和其他液体的表面中受益。匹兹堡大学斯旺森工程学院的研究人员创造了一种纳米结构玻璃,它从玻璃蝴蝶的翅膀中汲取灵感,创造出一种新型玻璃,不仅在各种波长和角度上都非常清晰,而且防雾。

该团队最近发表了一篇论文,详细介绍了他们的研究结果:“在材料视野中创建Glasswing-Butterfly灵感耐久的防雾全纳米透过,超透明的纳米结构玻璃,通过贝叶斯学习和优化” (doi:10.1039 / C9MH00589G)。他们最近在“气候变化:AI如何帮助?”的ICML会议上介绍了这项工作。作坊。

纳米结构玻璃具有随机纳米结构,如玻璃翼蝶形翼,其小于可见光的波长。当随机纳米结构位于玻璃的两侧时,这使得玻璃具有99.5%的非常高的透明度。这种高透明度可以降低显示器的亮度和功率要求,例如,可以延长电池寿命。该玻璃在较高角度上具有抗反射性,改善了视角。该玻璃还具有低雾度,小于0.1%,这导致非常清晰的图像和文本。

“这种玻璃具有超级疏水性,意味着它可以排斥各种液体,如橙汁,咖啡,水,血液和牛奶,”皮特的工业工程论文和博士候选人Sajad Haghanifar解释道。“玻璃也是防雾的,因为水凝结容易从表面滚落,透过玻璃的视野仍然畅通无阻。最后,纳米结构玻璃由于其自我修复的特性而耐磨损 - 磨损表面粗糙的海绵会损坏涂层,但加热会使涂层恢复原状。“

荷叶,蛾眼和蝴蝶翅膀等自然表面显示出无所不能的特性,使其具有自我清洁,抗细菌和防水功能,适应数百万年的生存需求。长期以来,研究人员一直在寻找自然界的灵感,用合成材料复制这些特性,甚至改进它们。虽然团队不能依靠进化来实现这些结果,但他们却利用了机器学习。

“特别是纳米结构玻璃研究的重要一点是,我们与SigOpt合作,利用机器学习来达到我们的最终产品,”工业工程副教授Paul Leu博士说,他的实验室进行了这项研究。Leu博士担任机械工程和材料科学与化学工程的二级任命。“当你创建这样的东西时,你不会从很多数据开始,每次试验都需要花费大量的时间。我们使用机器学习来建议改变变量,并且我们花费更少的尝试来创建这些材料结果。“

“贝叶斯优化和主动搜索是有效探索透明度和无所不能之间平衡的理想工具,也就是说,无需数千次制作,需要数百天。” SigOpt研究工程师Michael McCourt博士说。SigOpt的研究工程师Bolong Cheng博士补充说:“机器学习和人工智能策略只有在解决实际问题时才有意义;我们很高兴能够与匹兹堡大学合作,将贝叶斯主动学习的力量带到一个新的应用程序。“