SBIR Phase I: Ultra Low-Cost Mechanical Metamaterials to Enable Mobility and Interactivity for Cyber-Physical Devices

SBIR 第一阶段:超低成本机械超材料,实现网络物理设备的移动性和交互性

基本信息

  • 批准号:
    1913784
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 22.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-06-01 至 2020-10-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Small Business Innovation Research (SBIR) Phase I project is the development of origami-inspired mechanical metamaterials. These techniques can generate tessellated patterns that augment and enhance common materials. With the capacity for simultaneously making conventional materials lighter, stronger, and multi-functional, this material design motif has the potential to impact a wide range of technologies in hardware, manufacturing, energy-efficiency, robotics, and aerospace. This potential can be tapped by embedding carefully designed geometric patterns into materials. The current unmet challenge for realizing this potential impact is the conspicuous absence of a standard library of metamaterial designs. This project addresses the challenge by exploring the feasibility of a complete kinematic set and to determine whether the resulting physical properties are suitable for broader engineering applications. If successful, the metamaterials designed and validated by this effort will lay the foundation for replacing, augmenting, or enhancing machines of all types with mechanical metamaterial-based technology.This Small Business Innovation Research (SBIR) Phase I project utilizes an artificial intelligence-enhanced optimization scheme to automatically generate mechanical metamaterial designs meeting user-defined target properties. To generate the proposed set of kinematically-complete mechanical metamaterials the software-based approach to metamaterial design will be required to mesh with empirical validations. A combination of supervised and unsupervised machine learning techniques will be used to guarantee the metamaterial designer routinely generates useful, robust, and high-performing schematics that qualitatively and quantitatively improve as the pipeline for metamaterial design is repeatedly executed. The core algorithm improves the ability to produce high-impact metamaterial-based technology while taking less time to converge on optimized design schematics. As such, the barrier to market penetration of advanced material technology becomes lower, faster, and is driven by advances in machine learning.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该小型企业创新研究 (SBIR) 第一阶段项目的更广泛影响/商业潜力是开发受折纸启发的机械超材料。 这些技术可以生成可以增强和增强常见材料的棋盘格图案。 这种材料设计主题能够同时使传统材料变得更轻、更强、多功能,因此有可能影响硬件、制造、能源效率、机器人和航空航天领域的广泛技术。 可以通过将精心设计的几何图案嵌入到材料中来挖掘这种潜力。 目前实现这种潜在影响尚未解决的挑战是明显缺乏超材料设计标准库。 该项目通过探索完整运动学组的可行性并确定由此产生的物理特性是否适合更广泛的工程应用来解决这一挑战。 如果成功,通过这项工作设计和验证的超材料将为使用基于机械超材料的技术替换、增强或增强所有类型的机器奠定基础。这个小型企业创新研究(SBIR)第一阶段项目利用了人工智能增强型技术优化方案自动生成满足用户定义的目标属性的机械超材料设计。 为了生成所提出的一组运动学完整的机械超材料,基于软件的超材料设计方法需要与经验验证相结合。 监督和无监督机器学习技术的结合将用于保证超材料设计者能够定期生成有用、稳健和高性能的原理图,随着超材料设计流程的重复执行,这些原理图在质量和数量上都会得到改善。 核心算法提高了生产高影响力的基于超材料的技术的能力,同时花费更少的时间来收敛优化的设计原理图。因此,先进材料技术的市场渗透壁垒变得更低、更快,并且由机器学习的进步推动。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力优势和更广泛的影响审查进行评估,被认为值得支持标准。

项目成果

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