L'apprentissage profond et les métamatériaux ont aidé les scientifiques à rendre le son visible

La visualisation permet de représenter un objet en analysant le champ lointain des ondes lumineuses et sonores,

qu'il transmet ou émet.Plus la longueur d'onde est courte, plus la résolution de l'image est élevée. Cependant, jusqu’à présent, le niveau de détail est limité par la taille de la longueur d’onde en question. Des chercheurs du Laboratoire d'ingénierie des vagues de l'EPFL ont prouvé avec succès qu'une onde longue et donc imprécise (en l'occurrence une onde sonore) peut révéler des caractéristiques 30 fois plus petites que sa longueur. Pour ce faire, l’équipe de recherche a utilisé une combinaison de métamatériaux (éléments spécialement conçus) et d’intelligence artificielle. Leurs recherches ouvrent de nouvelles possibilités passionnantes, notamment dans les domaines de l’imagerie médicale et de la bio-ingénierie.

L'idée pionnière de l'équipe était decombinent deux technologies distinctes qui séparaient auparavant les limites du rendu. L'une d'elles est la technologie des métamatériaux: des éléments spécialement créés qui peuvent, par exemple, focaliser précisément les longueurs d'onde. Cependant, ils perdent leur efficacité en raison de l'absorption accidentelle de signaux, ce qui les rend difficiles à déchiffrer. Une autre technologie est l'intelligence artificielle ou, plus précisément, les réseaux de neurones qui peuvent traiter rapidement et efficacement les informations les plus complexes, même si cela nécessite une formation.

Pour dépasser la limite de diffraction (minimumla valeur de la taille du spot, qui peut être obtenue en focalisant le rayonnement électromagnétique), l'équipe de recherche a mené l'expérience suivante. Tout d'abord, ils ont créé un réseau de 64 haut-parleurs miniatures, dont chacun peut être activé en fonction des pixels de l'image. Ils ont ensuite utilisé un réseau pour reproduire des images sonores de nombres de zéro à neuf avec des détails spatiaux précis. Les images des nombres saisis dans le réseau ont été tirées d'une base de données d'environ 70 000 exemples manuscrits. En face du treillis, les chercheurs ont placé un sac avec 39 résonateurs Helmholtz (sphères de 10 cm de diamètre avec un trou à une extrémité), qui a formé le métamatériau. Le son produit par le réseau était transmis par le métamatériau et capté par quatre microphones situés à plusieurs mètres. Les algorithmes ont ensuite décodé le son enregistré par les microphones pour apprendre à reconnaître et à redessiner les images numériques originales.

L’équipe a obtenu près de 90 % de réussite dans son expérience.

En imagerie médicale, l'utilisation de longues longueurs d'onde pour observer de très petits objets pourrait être une grande avancée.

De longues vagues signifient que les médecins peuventutilisent des fréquences beaucoup plus basses, de sorte que les techniques d'imagerie acoustique sont efficaces même à travers un tissu osseux dense. Lorsqu'il s'agit d'imagerie utilisant des ondes électromagnétiques, les ondes longues sont moins dangereuses pour la santé du patient. Dans les applications, nous n'entraînerons pas les réseaux de neurones à reconnaître ou reproduire des nombres, mais plutôt des structures organiques.

Romain Fleury, responsable du groupe de recherche à l'EPFL

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