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施迈赛/SCHMERSAL
【中国智能制造网 技术前沿】日前，美国西北大学正在对逆向设计的元设备进行研究。大部分创新是使用从亚马逊购买的基本3D打印机和逆向设计原理完成的。该团队正式将3D打印和反向设计结合起来，使其成为功能齐全的设备。
融合3D打印与逆向设计 美国研发突破性元设备
随着技术的进步，设备变得越来越小。近，从智能汽车到手机到台式3D打印机的整个系统都可以看到这一趋势。但是，整个数据共享系统本身呢？近日，西北大学的一组研究人员已经开始地研究这个问题，正如在学术期刊“科学报告”中发表的一项新研究所示。他们的个结论是令人惊讶的。
这篇题为“逆向设计的宽带全介电电磁设备”的论文描绘了一个眼镜不可能看到的薄的世界的肖像，而一个智能手机相机如此之小，以至于肉眼看不到它。在这个世界上，传感器是高度空气动力学的，并且能够符合飞机机翼的角度和斜度。材料甚至可以作为隐身斗篷，涂料罐使他们看起来消失。虽然这听起来像是科幻小说里的东西，但这个世界可能比我们想象的更早到达。
在他们的研究中，西北研究小组记录了他们在创建毫米波频率下、非谐振的宽带元器件方面的突破性工作。在这里取得的创新有朝一日可以证明在国防、消费产品和电信方面具有革命性意义，例如下一代5G无线网络。
麦考密克工程学院电气工程与计算机科学助理教授Koray Aydin说：“我觉得我们真的处在一个很大的事情的边缘。”Aydin和一群同事和研究生一起对逆向设计的元设备进行研究。“研究部分需要做很多工作，但是我们正在朝着正确的方向发展，”他说。
虽然这些宽带元设备是高科技的，西北大学研究小组的过程证明是惊人的直截了当。大部分创新是使用从亚马逊购买的基本3D打印机和逆向设计原理完成的。鉴于前向设计允许系统接受预期用于其自身更高版本的输入，反向设计从一个功能开始，并询问需要什么结构来实现期望的结果。在这种情况下，这意味着使用计算机建模、优化软件和复杂算法来构建可以弯曲或重新聚焦毫米波的元器件，同时避免常见的低效率、器件体积大或带宽窄的问题。
“我们在这里所取得的成就是一种创造电磁装置的新方法，这种装置可以实现一些传统上看起来不可能做到的功能”位于Weinberg的McCormick学院的物理学和天文学的电子工程和计算机科学教授Prem Kumar解释道。“与机器学习有点类似，这个过程可能会导致意想不到的结果。在这里，意想不到的结果是在宽带功能上的胜利。”
来自McCormick学院的工程系研究生Francois Callewaert被认为是逆设计算法背后的创造者。他的同事(Vesin Velev)来自物理学和天文学部门，协助进行详细的毫米波测量。两人都与Aydin一起工作，Aydin强调了Callewaert的算法将复杂几何形状的设计展现为完全“大开眼界”的实例。
用Aydin自己的话来说，“这些不是已知的形状，不是直观的形状”。然而，这样复杂的几何形状提出了一个问题：团队如何去实际构建它们？Aydin指出，使用传统的制造方法将是太繁重和昂贵的。
答案终被证明是采用3D打印技术，这是Aydin认为“研究核心”的解决方案。该团队正式将3D打印和反向设计结合起来，使其成为功能齐全的设备。“对我来说，重要的是它的多学科性质，”Kumar说道。他表示，创新意味着团队可以设计出一种看起来不像镜头的镜头。据Aydin介绍，另一个优势是，从微波范围到我们实际可以看到的频率范围，这个过程是可以立即升级的，这在很大程度上归功于3D打印的灵活性。
“几年前，像这样的研究看起来会非常不同，因为这样的行为只能是近似的，”电子工程和计算机科学教授Alan Sahakian说道。然而，这一次，团队基本上把他们想要的行为输入到计算机中，然后计算机根据确切的行为来优化结构。然后使用3D打印机打印出终的原型。Sahakian说：“这是一个真正的突破，你可以通过无缝便捷的方式解决问题。”
(原标题：创新无处不在！逆向设计+3D打印=突破性的元设备)
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