Resumen - DiffuMeta: Modelos de Lenguaje Algebraicos para el Diseño Inverso de Metamateriales mediante Transformadores de Difusión

DiffuMeta: Modelos de Lenguaje Algebraicos para el Diseño Inverso de Metamateriales mediante Transformadores de Difusión

2025-07-21 16:09:26

{"Li Zheng","Siddhant Kumar","Dennis M. Kochmann"}

{cs.CE,cs.AI}

Este documento introduce DiffuMeta, un nuevo marco generativo para el diseño inverso de metamateriales de capas. DiffuMeta aprovecha los transformadores de difusión y una representación algebraica de lenguaje novel para codificar geométricas 3D como frases matemáticas, permitiendo una exploración eficiente de diversas topologías y aplicación directa de transformadores al diseño estructural. **Contribuciones Clave**: * **Representación de Lenguaje Algebraico**: DiffuMeta codifica geométricas 3D como secuencias de tokens matemáticos, permitiendo una exploración eficiente de diversas topologías y aplicación directa de transformadores al diseño estructural. * **Marco de Transformadores de Difusión**: DiffuMeta utiliza transformadores de difusión para generar estructuras de capas nuevas con respuestas de tensión-tensión dirigidas bajo grandes deformaciones, tomando en cuenta el colapso y el contacto. * **Diseño Inverso Multiojetivo**: DiffuMeta permite el control simultáneo sobre múltiples objetivos mecánicos, incluyendo respuestas lineales y no lineales fuera de los dominios de entrenamiento. * **Validación Experimental**: La validación experimental de estructuras fabricadas confirma la eficacia de DiffuMeta para el diseño acelerado de metamateriales con propiedades ajustadas. **Contexto**: * Los metamateriales son materiales diseñados con propiedades que no se encuentran en la naturaleza, permitiendo aplicaciones novedosas en varios campos. * Los metamateriales de capas, caracterizados por geometrías delgadas y curvadas, ofrecen ratios de rigidez-peso excepcionales y una absorción de energía superior. * El diseño inverso de metamateriales es desafiante debido a la complejidad de las relaciones entre estructura y propiedades y la necesidad de una exploración eficiente de los espacios de diseño. **Marco DiffuMeta**: 1. **Representación de Lenguaje Algebraico**: DiffuMeta codifica geométricas 3D como secuencias de tokens matemáticos, incluyendo funciones trigonométricas, coeficientes numéricos y operadores aritméticos. Esta representación permite una exploración eficiente de diversas topologías y aplicación directa de transformadores al diseño estructural. 2. **Marco de Transformadores de Difusión**: DiffuMeta utiliza transformadores de difusión para generar estructuras de capas nuevas con respuestas de tensión-tensión dirigidas bajo grandes deformaciones. El transformador de difusión aprende la relación entre la representación algebraica y la geometría de la capa resultante, permitiendo la generación de estructuras con propiedades mecánicas deseadas. 3. **Diseño Inverso Multiojetivo**: DiffuMeta permite el control simultáneo sobre múltiples objetivos mecánicos, incluyendo respuestas lineales y no lineales fuera de los dominios de entrenamiento. Esto permite el diseño de metamateriales con propiedades complejas y ajustadas. 4. **Validación Experimental**: La validación experimental de estructuras fabricadas confirma la eficacia de DiffuMeta para el diseño acelerado de metamateriales con propiedades ajustadas. Las estructuras fabricadas mostraron el comportamiento mecánico deseado, demostrando la efectividad del marco. **Aplicaciones**: DiffuMeta tiene el potencial de revolucionar el diseño de metamateriales, permitiendo la creación de materiales con propiedades ajustadas para diversas aplicaciones, como: * **Robótica blanda**: Diseñar materiales con rigidez y complacencia ajustables para robots blandos. * **Estructuras morfing**: Diseñar materiales que puedan cambiar de forma en respuesta a estímulos externos. * **Sistemas de absorción de energía**: Diseñar materiales que puedan absorber y dissipar energía en situaciones de impacto. **Conclusión**: DiffuMeta es una herramienta poderosa para el diseño inverso de metamateriales de capas. Su capacidad para explorar eficientemente diversas topologías y generar estructuras con propiedades mecánicas dirigidas la hace una herramienta valiosa para los científicos y ingenieros materiales. El marco tiene el potencial de revolucionar el diseño de metamateriales, permitiendo la creación de materiales con propiedades ajustadas para diversas aplicaciones.