Imageurs unidirectionnels conçus par IA

Les systèmes d’imagerie et de communication optiques traditionnels, généralement composés de lentilles, effectuent des opérations d’imagerie dans les directions avant et arrière. Semblable à un tuyau qui permet au liquide de s’écouler d’une extrémité à l’autre dans les deux sens, les matériaux optiques et les lentilles standard permettent à la lumière de se déplacer dans les deux sens à travers des dispositifs tels qu’une caméra.

Une équipe de recherche de la UCLA Samueli School of Engineering a récemment inventé un nouveau matériau unidirectionnel pour briser ce paradigme en imagerie optique. Les chercheurs ont utilisé l’intelligence artificielle (IA) pour concevoir structurellement des matériaux avec des détails à des échelles inférieures à la longueur d’onde de la lumière. Le résultat est une conception d’imageur à travers laquelle l’imagerie n’est possible que dans une direction, tout en étant bloquée dans l’autre.

Publié aujourd’hui dans Avancées scientifiquesl’article intitulé « Imagerie unidirectionnelle à l’aide de matériaux conçus pour l’apprentissage en profondeur » décrit la conception innovante de l’imageur optique consistant en une série de couches optiques transmissives grâce à l’ingénierie spatiale des matériaux utilisant l’apprentissage en profondeur.

« Cette ingénierie du matériau basée sur l’IA conduit à la formation de plusieurs couches transparentes structurées qui modulent collectivement les ondes optiques avec un comportement asymétrique dans les directions d’imagerie avant et arrière », a déclaré Aydogan Ozcan, responsable de l’étude, professeur d’électricité à l’UCLA Samueli. et génie informatique et titulaire de la chaire Volgenau de l’UCLA pour l’innovation en ingénierie. « L’imageur unidirectionnel résultant permet la formation d’images d’un champ de vision d’entrée à un champ de vision de sortie, mais pas l’inverse. Le chemin inverse pour la formation d’images est bloqué. »

Même sous une lumière à large bande composée de nombreuses longueurs d’onde, l’imageur unidirectionnel peut conserver sa fonctionnalité malgré son apprentissage à l’aide d’une seule longueur d’onde d’éclairage. Cette capacité d’imagerie unidirectionnelle est également indépendante de la polarisation de la lumière et fonctionne sous n’importe quelle orientation des oscillations lumineuses. Dans leurs expériences, les chercheurs ont réussi à démontrer l’efficacité de la conception sur un imageur multicouche imprimé en 3D en l’exposant à un rayonnement térahertz.

L’équipe a également conçu un imageur séparé qui permettait à un utilisateur de choisir la direction dans laquelle l’image devait être bloquée en sélectionnant une longueur d’onde spécifique. Par exemple, à une longueur d’onde, la formation de l’image ne fonctionne que de gauche à droite, tandis qu’à une longueur d’onde différente, le chemin inversé est la seule direction à partir de laquelle l’image peut être vue.

Cette conception multiplexée en longueur d’onde améliore la capacité et la flexibilité de l’imageur unidirectionnel, lui permettant de fonctionner comme un standard pour contrôler la transmission des informations codées en ondes lumineuses. Les imageurs unidirectionnels peuvent fonctionner à n’importe quelle partie du spectre électromagnétique en utilisant différents matériaux ou substrats transmissifs, et ils sont très fins – avec quelques dizaines de longueurs d’onde d’épaisseur, ce qui, dans le spectre visible, correspondrait à l’épaisseur d’un timbre. Ces imageurs unidirectionnels pourraient avoir un impact significatif sur divers domaines, dont la sécurité, la défense et les télécommunications.