Machine-learning-driven on-demand design of phononic beams

声学超材料 反向 人工神经网络 带隙 计算机科学 理论(学习稳定性) 拓扑(电路) 材料科学 任务(项目管理) 人工智能 机器学习 工程类 几何学 光电子学 数学 电气工程 系统工程
作者
Liangshu He,Hongwei Guo,Yabin Jin,Xiaoying Zhuang,Timon Rabczuk,Yan Li
出处
期刊:Science China Physics, Mechanics & Astronomy [Springer Science+Business Media]
卷期号:65 (1) 被引量:44
标识
DOI:10.1007/s11433-021-1787-x
摘要

The development of phononic crystals, especially their interaction with topological insulators, allows exploration of the anomalous properties of acoustic/elastic waves for various applications. However, rapidly and inversely exploring the geometry of specific targets remains a major challenge. In this work, we show how machine learning can address this challenge by studying phononic crystal beams using two different inverse design schemes. We first develop the theory of phononic beams using the transfer matrix method. Then, we use the reinforcement learning algorithm to effectively and inversely design the structural parameters to maximize the bandgap width. Furthermore, we employ the tandem-architecture neural network to solve the training-difficulty problem caused by inconsistent data and complete the task of inverse structure design with the targeted topological properties. The two inverse-design schemes have different adaptabilities, and both are characterized by high efficiency and stability. This work provides deep insights into the combination of machine learning, topological property, and phononic crystals and offers a reliable platform for rapidly and inversely designing complex material and structure properties.
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