Învățarea profundă și metamaterialele i-au ajutat pe oamenii de știință să facă un sunet vizibil

Vizualizarea vă permite să descrieți un obiect analizând câmpul îndepărtat al undelor luminoase și sonore,

pe care o transmite sau o emite.Cu cât lungimea de undă este mai mică, cu atât rezoluția imaginii este mai mare. Cu toate acestea, până acum nivelul de detaliu este limitat de mărimea lungimii de undă în cauză. Cercetătorii de la Wave Engineering Laboratory al EPFL au demonstrat cu succes că o undă lungă și, prin urmare, imprecisă (în acest caz o undă sonoră) poate dezvălui caracteristici care sunt de 30 de ori mai mici decât lungimea sa. Pentru a face acest lucru, echipa de cercetare a folosit o combinație de metamateriale - elemente special concepute - și inteligență artificială. Cercetarea lor deschide noi posibilități interesante, în special în domeniile imagistică medicală și bioinginerie.

Ideea de pionierat a echipei a fost săcombinați două tehnologii separate care au separat anterior limitele de redare. Unul dintre ele este tehnologia metamaterialelor: elemente create special, care pot focaliza exact lungimile de undă, de exemplu. Cu toate acestea, își pierd eficiența din cauza absorbției accidentale a semnalelor, ceea ce le face dificil de descifrat. O altă tehnologie este inteligența artificială sau, mai precis, rețelele neuronale care pot procesa chiar și cele mai complexe informații rapid și eficient, deși acest lucru necesită instruire.

Pentru a depăși limita de difracție (minimvaloarea mărimii spotului, care poate fi obținută prin focalizarea radiației electromagnetice) echipa de cercetare a efectuat următorul experiment. În primul rând, au creat o serie de 64 de boxe în miniatură, fiecare putând fi activat în funcție de pixelii din imagine. Apoi au folosit o grilă pentru a reproduce imagini sonore ale numerelor de la zero la nouă, cu detalii spațiale precise. Imaginile cu numerele introduse în zăbrele au fost luate dintr-o bază de date cu aproximativ 70.000 de exemple scrise de mână. În fața zăbrelei, cercetătorii au așezat o pungă cu 39 rezonatori Helmholtz (sfere cu diametrul de 10 cm, cu o gaură la un capăt), care forma metamaterialul. Sunetul produs de grătar a fost transmis de un metamaterial și preluat de patru microfoane situate la câțiva metri distanță. Algoritmii au decodat apoi sunetul înregistrat de microfoane pentru a învăța cum să recunoască și să redescopere imaginile digitale originale.

Echipa a obținut un succes de aproape 90% în experimentul lor.

În imagistică medicală, utilizarea lungimilor de undă lungi pentru a observa obiecte foarte mici ar putea fi un progres important.

Valurile lungi înseamnă că medicii potutilizați frecvențe mult mai mici, cu rezultatul că tehnicile de imagistică acustică sunt eficiente chiar și prin țesutul osos dens. Când vine vorba de imagistică folosind unde electromagnetice, undele lungi sunt mai puțin periculoase pentru sănătatea pacientului. În aplicații, nu vom antrena rețele neuronale pentru a recunoaște sau reproduce numere, ci mai degrabă structuri organice.

Romain Fleury, șeful grupului de cercetare la EPFL

Citește și

Vânătorul de comori găsește o comoară veche de 3000 de ani în Scoția

The Perseids Meteor Shower - 2020: Unde să-l vezi, unde să privești și cum să faci o fotografie

Priviți harta 3D a Universului: a fost compilată timp de 20 de ani și a surprins deja oamenii de știință