Дълбокото учене и метаматериалите помогнаха на учените да направят видим звук

Визуализацията ви позволява да изобразите обект чрез анализиране на далечното поле на светлинни и звукови вълни,

които предава или излъчва.Колкото по-къса е дължината на вълната, толкова по-висока е разделителната способност на изображението. Засега обаче нивото на детайлност е ограничено от размера на въпросната дължина на вълната. Изследователи от Лабораторията за вълново инженерство на EPFL успешно доказаха, че дълга и следователно неточна вълна (в този случай звукова вълна) може да разкрие характеристики, които са 30 пъти по-малки от нейната дължина. За да направи това, изследователският екип използва комбинация от метаматериали - специално проектирани елементи - и изкуствен интелект. Техните изследвания разкриват вълнуващи нови възможности, особено в областта на медицинските изображения и биоинженерството.

Пионерската идея на екипа беше дакомбинират две отделни технологии, които преди това са разделяли границите на рендиране. Един от тях е технологията на метаматериалите: специално създадени елементи, които могат да фокусират точно дължините на вълните например. Те обаче губят своята ефективност поради случайно поглъщане на сигнали, което ги прави трудни за дешифриране. Друга технология е изкуственият интелект или по-точно невронните мрежи, които могат да обработват дори и най-сложната информация бързо и ефективно, въпреки че това изисква обучение.

За превишаване на границата на дифракция (минимумстойността на размера на петно, което може да бъде получено чрез фокусиране на електромагнитното лъчение) изследователският екип проведе следния експеримент. Първо създадоха масив от 64 миниатюрни високоговорителя, всеки от които може да се активира според пикселите в изображението. След това те използваха решетка за възпроизвеждане на звукови изображения на числа от нула до девет с точни пространствени детайли. Снимките на числата, въведени в решетката, са взети от база данни с около 70 000 ръкописни примера. Срещу решетката изследователите поставят торба с 39 резонатора на Хелмхолц (сфери с диаметър 10 см с отвор в единия край), които образуват метаматериала. Звукът, произведен от решетката, се предава от метаматериал и се улавя от четири микрофона, разположени на няколко метра разстояние. След това алгоритмите декодират звука, записан от микрофоните, за да се научат как да разпознават и преначертават оригиналните цифрови изображения.

Екипът постигна почти 90% успех в своя експеримент.

При медицинските изображения използването на дълги вълни за наблюдение на много малки обекти може да бъде голям пробив.

Дългите вълни означават, че лекарите могатизползвайте много по-ниски честоти, в резултат на което техниките за акустично изобразяване са ефективни дори чрез плътна костна тъкан. Що се отнася до изображенията с помощта на електромагнитни вълни, дългите вълни са по-малко опасни за здравето на пациента. В приложенията няма да обучаваме невронни мрежи да разпознават или възпроизвеждат числа, а по-скоро органични структури.

Ромен Фльори, ръководител на изследователската група в EPFL

Прочетете също

Търсачът на съкровища намира 3 000 годишно съкровище в Шотландия

Метеорен душ Perseids - 2020: Къде да го видите, къде да погледнете и как да направите снимка

Погледнете 3D картата на Вселената: тя е съставена в продължение на 20 години и вече е изненадала учените