Deep Learning und Metamaterialien halfen Wissenschaftlern, Geräusche sichtbar zu machen

Die Visualisierung ermöglicht es Ihnen, ein Objekt darzustellen, indem Sie das Fernfeld von Licht- und Schallwellen analysieren.

Je kürzer die Wellenlänge, desto höher die Auflösung des Bildes.Bisher war der Detaillierungsgrad jedoch durch die Größe der jeweiligen Wellenlänge begrenzt.Forschende des Wave Engineering Laboratory der EPFL haben erfolgreich nachgewiesen, dass eine lange und daher ungenaue Welle (in diesem Fall eine Schallwelle)Dazu nutzte das Forschungsteam eine Kombination aus Metamaterialien – speziell entworfenen Elementen – und künstlicher Intelligenz.Ihre Forschung eröffnet spannende neue Möglichkeiten, insbesondere in den Bereichen medizinische Bildgebung und Bioengineering.

Die wegweisende Idee des Teams war esKombinieren Sie zwei separate Technologien, die zuvor die Grenzen des Renderns getrennt haben. Eine davon ist die Technologie der Metamaterialien: speziell entwickelte Elemente, die beispielsweise Wellenlängen präzise fokussieren können. Sie verlieren jedoch ihre Wirksamkeit aufgrund der versehentlichen Absorption von Signalen, was ihre Entschlüsselung erschwert. Eine andere Technologie ist künstliche Intelligenz oder insbesondere neuronale Netze, die selbst die komplexesten Informationen schnell und effizient verarbeiten können, obwohl dies eine Schulung erfordert.

Beugungsgrenze überschreiten (MinimumDer Wert der Punktgröße, der durch Fokussieren elektromagnetischer Strahlung erhalten werden kann. Das Forscherteam führte das folgende Experiment durch. Zunächst erstellten sie eine Reihe von 64 Miniaturlautsprechern, von denen jeder entsprechend den Pixeln im Bild aktiviert werden kann. Sie verwendeten dann ein Gitter, um Klangbilder von Zahlen von null bis neun mit präzisen räumlichen Details zu reproduzieren. Die Bilder der in das Gitter eingegebenen Zahlen stammen aus einer Datenbank mit etwa 70.000 handschriftlichen Beispielen. Gegenüber dem Gitter platzierten die Forscher einen Beutel mit 39 Helmholtz-Resonatoren (Kugeln mit einem Durchmesser von 10 cm und einem Loch an einem Ende), die das Metamaterial bildeten. Der vom Gitter erzeugte Schall wurde von einem Metamaterial übertragen und von vier mehrere Meter entfernten Mikrofonen aufgenommen. Algorithmen decodierten dann den von den Mikrofonen aufgenommenen Ton, um zu lernen, wie die ursprünglichen digitalen Bilder erkannt und neu gezeichnet werden.

Das Team erzielte in seinem Experiment einen Erfolg von fast 90 %.

In der medizinischen Bildgebung könnte die Verwendung langer Wellenlängen zur Beobachtung sehr kleiner Objekte ein großer Durchbruch sein.

Lange Wellen bedeuten, dass Ärzte es könnenVerwenden Sie viel niedrigere Frequenzen, mit dem Ergebnis, dass akustische Bildgebungstechniken auch durch dichtes Knochengewebe wirksam sind. Bei der Bildgebung mit elektromagnetischen Wellen sind lange Wellen weniger gesundheitsschädlich für den Patienten. In Anwendungen werden wir keine neuronalen Netze trainieren, um Zahlen zu erkennen oder zu reproduzieren, sondern organische Strukturen.

Romain Fleury, Leiter der Forschungsgruppe an der EPFL

Lesen Sie auch

Der Schatzsucher findet in Schottland einen 3.000 Jahre alten Schatz

Perseiden-Meteorschauer - 2020: Wo man es sieht, wo man hinschaut und wie man ein Foto macht

Schauen Sie sich die 3D-Karte des Universums an: Sie wurde 20 Jahre lang zusammengestellt und hat Wissenschaftler bereits überrascht