Dyb læring og metamaterialer hjalp forskere med at synliggøre lyd

Visualisering giver dig mulighed for at afbilde et objekt ved at analysere det fjerne felt af lys og lydbølger,

som den transmitterer eller udsender.Jo kortere bølgelængde, jo højere billedopløsning. Indtil videre er detaljeringsgraden dog begrænset af størrelsen af ​​den pågældende bølgelængde. Forskere fra EPFLs Wave Engineering Laboratory har med succes bevist, at en lang og derfor upræcis bølge (i dette tilfælde en lydbølge) kan afsløre træk, der er 30 gange mindre end dens længde. For at gøre dette brugte forskerholdet en kombination af metamaterialer - specialdesignede elementer - og kunstig intelligens. Deres forskning åbner for spændende nye muligheder, især inden for medicinsk billeddannelse og bioteknik.

Holdets banebrydende idé var atkombinere to separate teknologier, der tidligere har adskilt grænserne for gengivelse. En af dem er teknologien til metamaterialer: specielt designede elementer, der for eksempel kan fokusere bølgelængder præcist. De mister imidlertid deres effektivitet på grund af utilsigtet absorption af signaler, hvilket gør dem vanskelige at dechifrere. En anden teknologi er kunstig intelligens eller mere specifikt neurale netværk, som kan behandle selv de mest komplekse oplysninger hurtigt og effektivt, selvom dette kræver træning.

For at overskride diffraktionsgrænsen (minimumværdien af ​​spotstørrelsen, der kan opnås ved at fokusere elektromagnetisk stråling), gennemførte forskergruppen følgende eksperiment. De oprettede først en række 64 miniaturehøjttalere, som hver kan aktiveres i henhold til pixels i billedet. De brugte derefter et gitter til at gengive lydbilleder af tal fra nul til ni med præcise rumlige detaljer. Billederne af de numre, der er indtastet i gitteret, er taget fra en database med ca. 70.000 håndskrevne eksempler. Overfor gitteret placerede forskerne en pose med 39 Helmholtz-resonatorer (kugler 10 cm i diameter med et hul i den ene ende), som dannede metamaterialet. Lyden produceret af gitteret blev transmitteret af et metamateriale og plukket op af fire mikrofoner placeret flere meter væk. Algoritmer afkodede derefter lyden optaget af mikrofonerne for at lære at genkende og tegne de originale digitale billeder.

Holdet opnåede næsten 90 % succes i deres eksperiment.

I medicinsk billedbehandling kan brugen af ​​lange bølgelængder til at observere meget små genstande være et stort gennembrud.

Lange bølger betyder, at læger kanbrug meget lavere frekvenser med det resultat, at akustiske billeddannelsesteknikker er effektive selv gennem tæt knoglevæv. Når det kommer til billeddannelse ved hjælp af elektromagnetiske bølger, er lange bølger mindre farlige for patientens helbred. I applikationer træner vi ikke neurale netværk til at genkende eller gengive tal, men snarere organiske strukturer.

Romain Fleury, leder af forskningsgruppen hos EPFL

Læs også

Skattejæger finder 3000 år gammel skat i Skotland

Perseids Meteor Shower - 2020: Hvor man kan se det, hvor man skal se og hvordan man tager et foto

Se på 3D-kortet over universet: det blev samlet i 20 år, og det har allerede overrasket forskere