El aprendizaje profundo y los metamateriales ayudaron a los científicos a hacer visible el sonido

La visualización le permite representar un objeto analizando el campo lejano de ondas de luz y sonido,

que transmite o emite.Cuanto más corta sea la longitud de onda, mayor será la resolución de la imagen. Sin embargo, hasta ahora el nivel de detalle está limitado por el tamaño de la longitud de onda en cuestión. Investigadores del Laboratorio de Ingeniería de Ondas de la EPFL han demostrado con éxito que una onda larga y, por tanto, imprecisa (en este caso una onda sonora) puede revelar características que son 30 veces más pequeñas que su longitud. Para ello, el equipo de investigación utilizó una combinación de metamateriales (elementos especialmente diseñados) e inteligencia artificial. Su investigación abre nuevas e interesantes posibilidades, particularmente en los campos de las imágenes médicas y la bioingeniería.

La idea pionera del equipo fuecombinan dos tecnologías independientes que previamente separaban los límites del renderizado. Uno de ellos es la tecnología de los metamateriales: elementos especialmente creados que pueden enfocar longitudes de onda con precisión, por ejemplo. Sin embargo, pierden su efectividad debido a la absorción accidental de señales, lo que las hace difíciles de descifrar. Otra tecnología es la inteligencia artificial o, más concretamente, las redes neuronales, que pueden procesar incluso la información más compleja de forma rápida y eficiente, aunque esto requiere entrenamiento.

Para exceder el límite de difracción (mínimoel valor del tamaño del punto que se puede obtener al enfocar la radiación electromagnética) el equipo de investigación realizó el siguiente experimento. Primero, crearon una matriz de 64 altavoces en miniatura, cada uno de los cuales se puede activar de acuerdo con los píxeles de la imagen. Luego utilizaron una celosía para reproducir imágenes sonoras de números del cero al nueve con detalles espaciales precisos. Las imágenes de los números ingresados ​​en la celosía se tomaron de una base de datos de aproximadamente 70,000 ejemplos escritos a mano. Frente a la celosía, los investigadores colocaron una bolsa con 39 resonadores Helmholtz (esferas de 10 cm de diámetro con un orificio en un extremo), que formaba el metamaterial. El sonido producido por la rejilla fue transmitido por el metamaterial y recogido por cuatro micrófonos ubicados a varios metros de distancia. Luego, los algoritmos decodificaron el sonido grabado por los micrófonos para aprender a reconocer y volver a dibujar las imágenes digitales originales.

El equipo logró casi un 90% de éxito en su experimento.

En imágenes médicas, el uso de longitudes de onda largas para observar objetos muy pequeños podría ser un gran avance.

Las ondas largas significan que los médicos puedenutilizan frecuencias mucho más bajas, con el resultado de que las técnicas de imagen acústica son eficaces incluso a través de tejido óseo denso. Cuando se trata de obtener imágenes mediante ondas electromagnéticas, las ondas largas son menos peligrosas para la salud del paciente. En aplicaciones, no entrenaremos redes neuronales para reconocer o reproducir números, sino estructuras orgánicas.

Romain Fleury, jefe del grupo de investigación de la EPFL

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