Duboko učenje i metamaterijali pomogli su znanstvenicima da zvuk postanu vidljivi

Vizualizacija vam omogućuje da prikažete objekt analizom udaljenog polja svjetlosnih i zvučnih valova,

koje prenosi ili emitira.Što je valna duljina kraća, to je veća razlučivost slike. Međutim, do sada je razina detalja ograničena veličinom dotične valne duljine. Istraživači iz Laboratorija za valno inženjerstvo EPFL-a uspješno su dokazali da dugačak i stoga neprecizan val (u ovom slučaju zvučni val) može otkriti karakteristike koje su 30 puta manje od njegove duljine. Kako bi to učinio, istraživački tim upotrijebio je kombinaciju metamaterijala—posebno dizajniranih elemenata—i umjetne inteligencije. Njihova istraživanja otvaraju uzbudljive nove mogućnosti, posebice u područjima medicinske slike i bioinženjeringa.

Pionirska ideja tima bila je dakombiniraju dvije odvojene tehnologije koje su prethodno razdvajale granice prikazivanja. Jedna od njih je tehnologija metamaterijala: posebno stvoreni elementi koji, na primjer, mogu precizno fokusirati valne duljine. Međutim, oni gube svoju učinkovitost zbog slučajne apsorpcije signala, zbog čega ih je teško dešifrirati. Druga tehnologija je umjetna inteligencija ili, točnije, neuronske mreže koje mogu obrađivati ​​i najsloženije informacije brzo i učinkovito, iako to zahtijeva obuku.

Za prekoračenje granice difrakcije (minimalnovrijednost veličine točke koja se može dobiti fokusiranjem elektromagnetskog zračenja) istraživački tim proveo je sljedeći eksperiment. Prvo su stvorili niz od 64 minijaturna zvučnika od kojih se svaki može aktivirati u skladu s pikselima na slici. Zatim su pomoću rešetke reproducirali zvučne slike brojeva od nule do devet s preciznim prostornim detaljima. Slike brojeva unesenih u rešetku preuzete su iz baze podataka s oko 70 000 rukom napisanih primjera. Nasuprot rešetci, istraživači su postavili vrećicu s 39 Helmholtzovih rezonatora (kuglice promjera 10 cm s rupom na jednom kraju), koje su tvorile metamaterijal. Zvuk proizveden rešetkom prenio je metamaterijal, a pokupila su ga četiri mikrofona udaljena nekoliko metara. Algoritmi su zatim dekodirali zvuk snimljen mikrofonima kako bi naučili kako prepoznati i precrtati izvorne digitalne slike.

Tim je postigao gotovo 90% uspjeha u svom eksperimentu.

U medicinskom slikanju upotreba dugih valnih duljina za promatranje vrlo malih predmeta mogla bi biti veliko otkriće.

Dugi valovi znače da liječnici mogukoristite puno niže frekvencije, što rezultira da su tehnike akustičke slike učinkovite čak i kroz gusto koštano tkivo. Kada je riječ o snimanju elektromagnetskim valovima, dugi valovi manje su opasni za zdravlje pacijenta. U aplikacijama nećemo osposobljavati neuronske mreže za prepoznavanje ili reprodukciju brojeva, već organskih struktura.

Romain Fleury, voditelj istraživačke grupe u EPFL-u

Pročitajte i

Lovac na blago pronašao je 3000 godina staro blago u Škotskoj

Meseorska kiša Perseidi - 2020: Gdje je vidjeti, gdje pogledati i kako fotografirati

Pogledajte 3D kartu svemira: sastavljena je 20 godina i već je iznenadila znanstvenike