Dziļās mācīšanās un metamateriāli palīdzēja zinātniekiem padarīt skaņu redzamu

Vizualizācija ļauj attēlot objektu, analizējot tālo gaismas un skaņas viļņu lauku,

ko tas pārraida vai izstaro.Jo īsāks viļņa garums, jo augstāka attēla izšķirtspēja. Tomēr līdz šim detalizācijas līmeni ierobežo attiecīgā viļņa garuma lielums. Pētnieki no EPFL Wave Engineering Laboratory ir veiksmīgi pierādījuši, ka garš un tāpēc neprecīzs vilnis (šajā gadījumā skaņas vilnis) var atklāt pazīmes, kas ir 30 reizes mazākas par tā garumu. Lai to izdarītu, pētnieku grupa izmantoja metamateriālu — īpaši izstrādātu elementu — un mākslīgā intelekta kombināciju. Viņu pētījumi paver jaunas aizraujošas iespējas, īpaši medicīniskās attēlveidošanas un bioinženierijas jomā.

Komandas novatoriskā ideja bijaapvieno divas atsevišķas tehnoloģijas, kas iepriekš atdalīja renderēšanas robežas. Viena no tām ir metamateriālu tehnoloģija: īpaši izveidoti elementi, kas var, piemēram, precīzi fokusēt viļņu garumus. Tomēr tie zaudē savu efektivitāti nejaušas signālu absorbcijas dēļ, kas padara tos grūti atšifrējamus. Cita tehnoloģija ir mākslīgais intelekts vai, konkrētāk, neironu tīkli, kas var ātri un efektīvi apstrādāt pat vissarežģītāko informāciju, lai gan tam nepieciešama apmācība.

Pārsniegt difrakcijas robežu (minimumsplankuma lieluma vērtību, ko var iegūt, fokusējot elektromagnētisko starojumu), pētnieku grupa veica šādu eksperimentu. Vispirms viņi izveidoja 64 miniatūru skaļruņu bloku, no kuriem katru var aktivizēt atbilstoši attēla pikseļiem. Pēc tam viņi izmantoja režģi, lai reproducētu skaņas attēlus ar skaitļiem no nulles līdz deviņiem ar precīzu telpisko detalizāciju. Režģī ievadīto numuru attēli tika ņemti no aptuveni 70 000 ar roku rakstītu piemēru datu bāzes. Pretī režģim pētnieki ievietoja maisu ar 39 Helmholca rezonatoriem (sfēras 10 cm diametrā ar atveri vienā galā), kas veidoja metamateriālu. Režģa radīto skaņu pārraidīja metamateriāls, un to uztvēra četri mikrofoni, kas atrodas vairāku metru attālumā. Pēc tam algoritmi atšifrēja mikrofonu ierakstīto skaņu, lai uzzinātu, kā atpazīt un pārzīmēt oriģinālos digitālos attēlus.

Komanda eksperimentā guva gandrīz 90% panākumu.

Medicīniskajā attēlveidošanā lielu viļņu garuma izmantošana ļoti mazu objektu novērošanai varētu būt liels sasniegums.

Garie viļņi nozīmē, ka ārsti varizmantojiet daudz zemākas frekvences, kā rezultātā akustiskās attēlveidošanas metodes ir efektīvas pat ar blīvu kaulu audu palīdzību. Runājot par attēlveidošanu, izmantojot elektromagnētiskos viļņus, garie viļņi ir mazāk bīstami pacienta veselībai. Lietojumprogrammās mēs netrenēsim neironu tīklus atpazīt vai reproducēt skaitļus, bet gan organiskas struktūras.

Romēns Flerī, EPFL pētniecības grupas vadītājs

Lasīt arī

Dārgumu meklētājs Skotijā atrod 3000 gadus vecu dārgumu

Perseids meteoru duša - 2020: kur to redzēt, kur meklēt un kā nofotografēties

Paskatieties Visuma 3D karti: tā tika apkopota 20 gadus, un tā jau ir pārsteigusi zinātniekus