广东
21世纪经济报道记者 林典驰 深圳报道
超材料（Metamaterial）并非某一特定材料，而是一类通过人工微结构设计实现天然材料无法具备的超常物理性质的新型复合材料。其核心特征在于通过精密的结构设计突破自然规律限制，从而赋予材料独特的电磁、声学、热学或力学特性。
简而言之，这种材料界的“基因编辑”，人工设计和构造可构造出完全不同的功能，才造就其想象空间。
近年来，超材料产业化进展顺利，以光启技术为代表的公司相继实现规模量产出货。光启的业绩已经连续6年增长，去年，光启技术营收15.58亿元。
5月15日至18日，第四届全国超材料大会在深圳举办。在现场，21世纪经济报道记者采访了包括光启技术董事长刘若鹏、南京大学教授陈延峰在内的多名企业家和专家学者，了解关于超材料产业化的业界观点。
“解决每个行业的钥匙都不一样”
光启技术董事长刘若鹏表示，在公众的认知中，一般来讲是先有一个先进材料，再去寻找应用，但超材料是编辑材料，最终的应用决定了编辑材料的过程。因此，超材料的产业化逻辑跟一般的技术领域是反过来的，从目标倒推研究路径。
也正因为如此，不同行业的需求各有区别，超材料应用到不同行业并不是一件简单的事情。
刘若鹏谈到，超材料都是从底层解决问题，这意味着原材料、中间件、成品和工艺过程，以及制造设备、测试设备、辅助设备等都要重新设计，“解决每个行业的问题的钥匙都是不一样的”。
以声学降噪超材料和改变电磁波传播特性的超材料为例，这是两个不同的行业，当然未来可能会遇到需要兼顾上述两种功能的超材料的情况，那又是另外一个问题。
借助AI产品设计可缩短至一周
另外，人工智能也渗透到了超材料研究领域。过往超材料更多的是基于工程师的经验不断试错，这种模式效率非常低，速度也很慢。
东南大学信息科学与工程学院副研究员戴俊彦表示，借助人工智能设计出来的很多结构甚至要优于经验丰富的设计者，其设计出来的结构往往是反直觉的，很多结构具备相当高的性能。
刘若鹏谈到，超材料设计不可避免要解决很多复杂方程，而人工智能能够很好地解决这些复杂运算。
“部分超材料参数较为复杂，若考虑非线性因素，其复杂程度更甚。然而，基于物理学界数百年积淀的经典方程体系，借助人工智能，相关计算过程实则清晰可循。当前技术需求的核心在于逆向设计流程：即从性能指标出发，反向推导出所需的材料结构。”南京大学陈延峰教授补充道。
具体而言，当给定明确的性能参数时，通过逆向设计算法直接计算出对应的结构方案，一旦确定结构即可跟进加工环节。相较于传统正向设计——先给定结构再测试性能，这种逆向模式能够避免因大量试错加工导致的低成品率问题，有效解决产业支撑层面的成本与效率痛点。
陈延峰补充，逆向设计的实现路径依托于双重数据基础：其一为通过正向计算生成的数据库，其二为产线积累的实际实验数据。对于复杂系统，尽管存在参数差异，但特定局域波段内的物理规律具有确定性。
基于上述数据基础，结合机器学习算法与解析公式，形成高效的迭代优化机制。据实测反馈，传统正向设计完成一款产品设计通常需要两到三个月周期，而借助逆向设计体系，目前已可将设计周期缩短至一周左右，且输出结构的性能预测精度高，能够实现设计与生产的精准匹配。
大规模应用只是时间问题
超材料学科的价值，在于为各领域提供了一套更具前瞻性的指导思想与方法论体系，加速这种技术渗透与产业变革的进程。超材料能否成为特定行业在特定时期的有效解决方案，仍需综合考量成本控制、性能稳定性、制造工艺成熟度等现实因素。
刘若鹏表示，超材料的应用范畴天然具有广泛性，但其在具体行业（如集成电路、通信技术、航空航天、节能降噪等领域）的落地，需与行业现有发展阶段深度耦合。
目前根据超材料的特殊性质而研发的许多新材料之中，最常被广泛讨论是负折射超材料。负折射超材料是一种人造的光学结构，它的折射率对于一定频率范围内的电磁波是负值，且目前没有任何天然材料拥有这一属性。这种负折射的性质，会致使电磁波朝着与能量完全相反的方向传播，若直观来看，会如同下图中水里的吸管，朝反方向偏折过去。
“从技术演进的逻辑链条分析，但凡基于底层原理的创新方案，只要在解决方案效能、成本控制、产业适配性等维度达到临界突破点，其大规模应用便只是时间问题。回溯超材料理论自1999年诞生至今的发展轨迹，其从实验室理论到多领域实践的跨越已远超最初预期。可以预见，超材料将如同涟漪般扩散至更多产业领域，而这一进程的推进，仅是具体时间节点与实现路径的差异而已。”刘若鹏谈到。
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