超材料是指具有自然材料所不具备的超常物理属性的人工复合材料。传统的超材料较为复杂的设计理论,使得超材料制备困难、成本高昂、工作频段较窄,严重地抑制了超材料的应用。与传统的超材料不同,数字超材料将单胞简化为"0"和"1"两种状态,并通过调节01单胞的排布形式构造具有不同等效性质的超胞,进而组装成结构,实现特殊的功能和应用。数字超材料不仅可以获得不同的材料等效性质,同时可以结合现有的智能材料、控制算法、信息技术实现具有结构简单、成本低廉、可编程、可调节、低频宽带的新型超材料。数字超材料的核心问题是如何建立01单胞的微观排布与宏观超胞等效性质的定量关系。本文首先将数字超材料与信息技术结合,基于机器学习的方法建立了0/1材料分布与宏观超胞的各向异性模量、波速、禁带范围等性质的定量关系,建立了数字超材料基因组。其次,基于该方法,进一步发展了基于功能需求的单胞-超胞-结构反向设计方法。研究结果表明,基于机器学习的多尺度方法显著提高了计算效率、大量节省了计算资源,不仅为材料设计提供了更加快速的计算方法,也为实现功能结构的设计提供新的途径。