新しい設計プロセスが先端材料の発見を加速させる(New design process accelerates the discovery of advanced materials)

2026-07-30 ワシントン大学

米国ワシントン大学(UW)の研究チームは、高い柔軟性と優れた熱伝導性・電気伝導性を兼ね備えた複合材料を効率よく設計する「逆設計フレームワーク(Inverse Design Framework)」を開発した。従来は多数の材料組成を試作・評価する試行錯誤型の開発が主流で、時間やコスト、材料廃棄が課題だった。新手法では、ウェアラブル機器やストレッチャブル電子機器など用途に必要な材料特性を最初に設定し、物理モデルと機械学習を組み合わせて最適な材料組成を逆算する。実験では、この手法で設計した複合材料が従来材料と比べて熱伝導率を約60%向上させるとともに、材料コストを約10%削減できることを実証した。本成果は、多機能材料の開発期間を短縮し、ソフトロボティクスや次世代電子デバイスなど幅広い分野での材料設計の効率化と持続可能性の向上に貢献すると期待される。

<関連情報>

機械学習を用いた、軟質で多機能なハイブリッド液体金属複合材料の逆設計 Machine Learning-Assisted Inverse Design of Soft and Multifunctional Hybrid Liquid Metal Composites

Lijun Zhou, Yunsik Ohm, Ren-Mian Chin, Olivia Kerr, Krithika Manohar, Mohammad H. Malakooti
Advanced Functional Materials  Published: 11 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/adfm.75719

新しい設計プロセスが先端材料の発見を加速させる(New design process accelerates the discovery of advanced materials)

ABSTRACT

Soft functional materials are essential for wearables and stretchable electronics to meet multiple performance demands. Hybrid filler composites (HFCs) with liquid and solid inclusions offer tailored properties. However, identifying optimal compositions through conventional trial-and-error is costly, inefficient, and generates substantial material waste. We present an inverse design framework for hybrid liquid metal composites that combines data generation from a physics-based homogenization model with machine learning (ML) algorithms and Bayesian optimization to enable intelligent design of experiments. This framework explores ∼690 000 composite formulations across diverse polymers and solid fillers, revealing key composition–property relationships while achieving targeted optimization of thermal conductivity, elasticity, and density with minimal material use. Comparative studies between Random Forest regression and a generative model provide practical strategies for identifying synthesizable composites. An inversely designed HFC achieves a thermal conductivity of ∼2.4 W/(m·K), 1.6 × that of the liquid-metal composite and 12 × that of the polymer, while maintaining low-modulus, high-strain mechanics (0.93 MPa, 155% strain) at reduced cost. Integration into flexible electronics and thermoelectrics demonstrates enhanced thermal management and energy harvesting. This work establishes a practical, ML-assisted inverse design paradigm for guiding the discovery of multifunctional composites, readily extendable to other material systems and properties.

0703金属材料
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