Djup inlärning och metamaterial hjälpte forskare att synliggöra ljud

Visualisering låter dig avbilda ett objekt genom att analysera det avlägsna fältet av ljus och ljudvågor,

som den sänder eller avger.Ju kortare våglängd, desto högre bildupplösning. Än så länge är dock detaljnivån begränsad av storleken på den aktuella våglängden. Forskare från EPFL:s Wave Engineering Laboratory har framgångsrikt bevisat att en lång och därför oprecis våg (i detta fall en ljudvåg) kan avslöja egenskaper som är 30 gånger mindre än dess längd. För att göra detta använde forskargruppen en kombination av metamaterial – specialdesignade element – ​​och artificiell intelligens. Deras forskning öppnar för spännande nya möjligheter, särskilt inom områdena medicinsk bildbehandling och bioteknik.

Lagets banbrytande idé var attkombinera två separata tekniker som tidigare skilde gränserna för rendering. En av dem är tekniken för metamaterial: speciellt skapade element som kan fokusera våglängder exakt, till exempel. Men de förlorar sin effektivitet på grund av oavsiktlig absorption av signaler, vilket gör dem svåra att dechiffrera. En annan teknik är artificiell intelligens eller mer specifikt neurala nätverk som kan behandla även den mest komplexa informationen snabbt och effektivt, även om detta kräver utbildning.

För att överskrida diffraktionsgränsen (minimumvärdet på punktstorleken, som kan erhållas genom att fokusera elektromagnetisk strålning) forskargruppen genomförde följande experiment. Först skapade de en matris med 64 miniatyrhögtalare, som alla kan aktiveras i enlighet med pixlarna i bilden. De använde sedan ett gitter för att reproducera ljudbilder med siffror från noll till nio med exakt rumslig detalj. Bilderna på siffrorna som matats in i gitteret togs från en databas med cirka 70 000 handskrivna exempel. Mittemot gallret placerade forskarna en påse med 39 Helmholtz-resonatorer (sfärer 10 cm i diameter med ett hål i ena änden), som bildade metamaterialet. Ljudet som producerades av gittret överfördes av ett metamaterial och plockades upp av fyra mikrofoner som ligger flera meter bort. Algoritmer avkodade sedan ljudet som spelats in av mikrofonerna för att lära sig att känna igen och rita om de digitala digitala bilderna.

Teamet nådde nästan 90 % framgång i sitt experiment.

Vid medicinsk avbildning kan användning av långa våglängder för att observera mycket små föremål vara ett stort genombrott.

Långa vågor betyder att läkare kananvända mycket lägre frekvenser, vilket resulterar i att akustiska bildtekniker är effektiva även genom tät benvävnad. När det gäller avbildning med elektromagnetiska vågor är långa vågor mindre farliga för patientens hälsa. I applikationer utbildar vi inte neurala nätverk för att känna igen eller reproducera antal, utan snarare organiska strukturer.

Romain Fleury, chef för forskningsgruppen vid EPFL

Läs också

Skattjägaren hittar 3000 år gamla skatt i Skottland

Perseids Meteordusch - 2020: Var du kan se det, var du ska titta och hur du tar ett foto

Titta på 3D-kartan över universum: den sammanställdes i 20 år och den har redan förvånat forskare