桑迪亚国家实验室已经为光学超材料创建了第一个逆向设计软件 - 意味着用户首先描述他们想要的结果，并且软件填写了实现这一目标的步骤。现代设计方法需要从工程中猜测，而超理想，高性能相机和隐形装甲等理论技术可能会使佩戴者无法被检测到。

Sandia在其研发项目中使用了名为Mirage的设计辅助工具，并于去年发布了一个测试版本，以选择合作者。现在，研究政府超材料项目的研究人员可以免费申请许可证。

人造的光学超材料因其以非凡方式操纵光的能力而被吹捧了十多年。从理论上讲，卫星成像和星际望远镜可以大大缩小，超材料镜片比传统镜片薄一百倍。或者，这项技术有朝一日会导致隐藏材料，使其周围的光线偏转，使物体无法看到。

Mirage简化并自动化了这些技术所必需的材料的设计过程。

Mirage从设计中剔除猜测

到目前为止，光学超材料领域一直在努力实现其对光学革命进行革命的所有承诺。工程师面临的一个难点是，超材料是由微小的构件组成的，称为超原子，可以设计成无数种变化。一般来说，某种形状可能会弯曲光线。改变形状，大小，间距或材料，可能会放大效果或减弱效果或导致完全不同的事情发生，例如将光线向一个方向扭转或改变其强度或颜色。

“到目前为止，预测大量”同质化“属性将是非常难以确定的，”国防高级研究计划局(DARPA)的项目经理Mike Fiddy表示，该项目负责资助该软件的开发。

其他软件可以模拟元原子对光的作用，但这只允许研究人员使用直觉来试验不同的设计，直到他们偶然发现或繁琐地计算出他们想要的行为。

尽管面临挑战，一些研究人员已经成功创造出富有想象力的超材料设备。桑迪亚发明了一种将热量转换为电能的装置，可能用于更省油的发动机，以及可以产生新的，可变的多色光源的光混合技术，这可以加速从考古学到生物医学的各种研究。

但总的来说，桑迪亚科学家Ihab El-Kady说，这家超材料企业需要得到提升。

“我们不可能通过反复试验来解决这个问题，”构思幻影的El-Kady说。“相反，我们可以做相反的事情。我们可以说：'这是我想要的行为。现在告诉我超材料的样子。'“

没有工具使用这种逆向设计方法。因此，El-Kady和他在桑迪亚国家安全光子学中心的团队建立了一个。

用户友好的指令，可以利用100多个模板

幻影让用户首先告诉它他们想要的光学特性 - 他们的超材料如何与光相互作用 - 以及它们的起始材料。Mirage根据100多个模板库生成符合这些标准的设计。或者，用户可以绘制自己的设计，程序将检查它们是否有错误。

Fiddy说：“设计超材料的更系统的方法应该大大加速它们在各种应用领域的采用，”消除了更常用的，基于直觉的方法。

DARPA特色幻影作为首屈一指的技术，在该机构的60 个周年研讨会在华盛顿堡，马里兰州，展示了其深远的用途。

“幻影是一个多功能的工具，”El-Kady说。“它不仅能告诉您超材料的外观，它还可以让您探索各种配置，模拟系统，验证所选行为，可视化其响应并在制造约束条件下优化其功能。”

软件改进了强大的想法

最重要的是，在他的超材料研究中使用该软件的桑迪亚资深科学家Igal Brener说，Mirage非常有用，因为它包含的算法可以帮助研究人员从他们的发明中获得最佳性能。

Brener的团队之前创造的材料可以混合两种激光，一次产生11种颜色，包括红外线和紫外线。潜在地，这项技术可以发展成可替代的激光器，取代单色激光器。

但是其中一些颜色太暗而无法使用，所以他正在探索提高输出效果的方法。Brener使用的其他软件包包括简单的优化算法。但是，要使用更高级的算法，他必须使用自己的编码来补充这些包。幻影不是这样。

“优化技术有许多不同的风格，”他说。“Mirage是我所知道的唯一具有内置复杂优化技术的软件包。”

如果首次推出成功，桑迪亚计划开发第二版Mirage，暂定名为幻影精英，它将通过自动将元原子变形为奇怪和古怪的形状来寻找未被发现的行为，从而引入优化激增。

来源：桑迪亚