蝴蝶的翅膀激发了新的玻璃结构

手机、笔记本电脑和平板电脑上的屏幕每天都面临着挑战:早上9点的咖啡溢出、厨房里的油飞溅，甚至可能是泥里的一滴水。

虽然防水玻璃是存在的，但一些意外的刺激和溢出的水造成混乱，可以导致雾和损害。

为了迎接这些挑战，匹兹堡大学斯旺森工程学院(University of Pittsburgh Swanson School of Engineering)和加州软件公司SigOpt的研究人员从玻璃翅蝴蝶的翅膀中汲取灵感，利用机器学习来测试不同的设计方案。其结果是一种纳米结构的玻璃，不仅耐用，而且非常清晰，防雾和耐液体。研究结果发表在今年夏天的《材料视野》杂志上。

该研究报告的主要作者、匹兹堡大学工业工程学博士候选人萨贾德•哈加尼法尔表示:“这种玻璃具有超疏水性，这意味着它能排斥各种液体。”“这种玻璃还防雾，因为水容易凝结，容易从表面滚落下来，透过玻璃看出去的景色仍然是畅通无阻的。”最后，纳米结构的玻璃由于其自愈性而经久耐用——用粗糙的海绵磨损表面会损伤涂层，但加热后会使涂层恢复到原来的功能。这种玻璃具有比可见光波长还小的随机纳米结构。这使得玻璃具有很高的透明度- 99.5% -当随机纳米结构在玻璃的两侧。

这种高透明度可以降低显示器的亮度和功率需求，比如延长电池寿命。玻璃在更高的角度是反反射的，从不同的角度观看效果更好。这种玻璃的雾度也很低，不到0.1%，所以图像和文字都很清晰。像荷叶、蛾子的眼睛和蝴蝶的翅膀这样的自然表面具有广泛性的恐惧症，使它们能够自我清洁、抗菌和防水——这是经过数百万年进化而来的生存适应能力。长期以来，研究人员一直从大自然中寻找灵感，在合成材料中复制这些特性，甚至改进它们。

虽然团队不能依靠进化来实现这些结果，但是他们在最终的产品中使用了机器学习。当你创建这样的东西时，你不会从大量的数据开始，而且每次试验都要花费大量的时间。斯旺森商学院工业工程副教授Paul Leu说，他的实验室进行了这项研究。Leu还在机械工程和材料科学、化学和石油工程等部门担任二级职位。

“机器学习和人工智能策略只有在解决实际问题时才有用;我们很高兴能够与匹兹堡大学合作，将贝叶斯主动学习的力量应用到新的应用中。 

“这次合作体现了SigOpt的愿景，‘授权给世界专家’;匹兹堡大学(University of Pittsburgh)希望开发对世界有积极影响的新材料，我们很高兴能够提供帮助，”SigOpt的工程研究员迈克尔·麦考特(Michael McCourt)说。该项目获得了美国国家科学基金会职业成就奖的部分资助。皮特的团队现在正把注意力转向开发一种商业上可行的制造新玻璃的工艺。