ระบบที่สร้างใหม่และจัดประเภทภาพอะคูสติกด้วยคุณสมบัติที่เล็กกว่าความยาวคลื่นของเสียงที่ปล่อยออกมา ได้รับการพัฒนาโดยBakhtiyar OrazbayevและRomain Fleuryที่ Swiss Federal Institute of Technology ในเมืองโลซานน์ เทคนิคของพวกเขาเอาชนะขีด จำกัด การเลี้ยวเบนด้วยการรวมเลนส์ metamaterial เข้ากับการเรียนรู้ของเครื่องและสามารถปรับให้เข้ากับแสงได้
การวิจัยอาจนำไปสู่ความก้าวหน้าใหม่ในการวิเคราะห์
ภาพและการจำแนกวัตถุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการถ่ายภาพทางชีวการแพทย์ขีดจำกัดการเลี้ยวเบนเป็นข้อจำกัดพื้นฐานในการใช้คลื่นแสงหรือเสียงในการสร้างภาพวัตถุขนาดเล็ก หากการแยกระหว่างคุณสมบัติทั้งสองมีขนาดเล็กกว่าความยาวคลื่นประมาณครึ่งหนึ่งของแสงหรือเสียงที่ใช้ คุณสมบัติไม่สามารถแก้ไขได้โดยใช้เทคนิคทั่วไป
วิธีหนึ่งในการเอาชนะขีด จำกัด การเลี้ยวเบนคือการใช้คลื่นใกล้สนามที่แพร่กระจายเฉพาะระยะทางสั้นมากจากวัตถุที่ส่องสว่างและนำข้อมูลเชิงพื้นที่ความยาวคลื่นย่อย เลนส์ Metamaterial ถูกใช้เพื่อขยายคลื่นระยะใกล้ ทำให้สามารถแพร่กระจายในระยะทางที่ไกลกว่าในระบบภาพ อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้มีแนวโน้มที่จะสูญเสียจำนวนมาก ส่งผลให้ภาพสุดท้ายมีสัญญาณรบกวน
โครงสร้างที่ซ่อนอยู่ในการศึกษาของพวกเขา Orazbayev และ Fleury ได้ปรับปรุงเทคนิค metamaterial นี้โดยการรวมเข้ากับการเรียนรู้ของเครื่อง – โดยที่เครือข่ายประสาทสามารถฝึกฝนเพื่อค้นหาโครงสร้างที่ซ่อนอยู่ภายในชุดข้อมูลขนาดใหญ่และซับซ้อน
ทั้งคู่ได้ฝึกโครงข่ายประสาทเทียมด้วยฐานข้อมูล
70,000 รูปแบบของตัวเลข 0-9 จากนั้นจึงแสดงตัวเลขด้วยเสียงโดยใช้ลำโพงขนาด 8X8 ที่มีขนาดกว้าง 25 ซม. โดยแอมพลิจูดของลำโพงแต่ละตัวแสดงความสว่างของหนึ่งพิกเซล นอกจากนี้ พวกเขายังวางเลนส์ metamaterial แบบสูญเสียที่ด้านหน้าอาร์เรย์ของลำโพง ซึ่งประกอบด้วยกลุ่มของทรงกลมพลาสติกที่มีความยาวคลื่นย่อย (ดูรูป) โครงสร้างเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นโพรงสะท้อน ซึ่งประกอบกับคลื่นใกล้สนามที่สลายตัวเพื่อขยายคลื่นในระยะทางไกล
แหล่งกำเนิดแสงสองแห่งที่ระยะห่างต่างกันแตะที่ข้อมูลที่ซ่อนอยู่ของแสงเพื่อผลักดันขีดจำกัดการเลี้ยวเบนพื้นฐาน Orazbayev และ Fleury ตั้งไมโครโฟนไว้หลายเมตรโดยเลือกแอมพลิจูดและเฟสของคลื่นที่ส่งออกมา ซึ่งพวกมันจะป้อนเข้าไปในโครงข่ายประสาทเทียมสองแบบแยกจากกัน อันแรกเพื่อสร้างภาพใหม่ และอีกอันเพื่อจำแนกตัวเลขเฉพาะ แม้ว่าคุณสมบัติที่ละเอียดอ่อนที่สุดของตัวเลขที่แสดงจะเล็กกว่าความยาวคลื่นของเสียงที่เปล่งออกมาจากลำโพง 30 เท่า แต่อัลกอริธึมก็สามารถจำแนกภาพที่ไม่เคยเห็นมาก่อนด้วยความแม่นยำเกือบ 80%
หวังว่าจะนำเทคนิคของพวกเขาไปใช้โดยใช้คลื่นแสง สิ่งนี้จะช่วยให้พวกเขาใช้โครงข่ายประสาทเทียมกับโครงสร้างทางชีววิทยาระดับเซลล์ สร้างภาพความละเอียดสูงได้อย่างรวดเร็วโดยใช้กำลังประมวลผลเพียงเล็กน้อย หากทำได้สำเร็จ เทคนิคดังกล่าวอาจเปิดโอกาสใหม่ๆ สำหรับการถ่ายภาพทางชีวการแพทย์ โดยอาจนำไปใช้ได้ตั้งแต่การตรวจหามะเร็งไปจนถึงการทดสอบการตั้งครรภ์ระยะแรก
นักวิจัยประสบความสำเร็จในการแพร่กระจายคลื่นเสียง
ตามขอบเขตของ metamaterials ทอพอโลยีอย่างควบคุมได้โดยใช้เทคนิคการมอดูเลตที่แบ่งสมมาตรการย้อนเวลา ความสำเร็จนี้สำเร็จโดยทีมนักวิจัยจาก Georgia Tech และ City University of New York (CUNY) และนำโดยAndrea Alùอาจนำไปสู่การใช้งานในด้านต่างๆ เช่น การถ่ายภาพอัลตราซาวนด์ โซนาร์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้พลังงานต่ำ ที่สามารถทำงานได้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงหรือเป็นอันตราย
การวิจัยเกี่ยวกับวัสดุทอพอโลยีเริ่มต้นขึ้นในช่วงปีแรกๆ ของศตวรรษนี้ด้วยการค้นพบฉนวนทอพอโลยี ซึ่งเป็นวัสดุที่นำไฟฟ้าได้ดีมากบนพื้นผิวของมัน ในขณะที่ทำหน้าที่เป็นฉนวนในปริมาณมาก อิเล็กตรอนบนพื้นผิวของฉนวนดังกล่าวสามารถเคลื่อนที่ได้ในทิศทางเดียวเท่านั้นและไม่สามารถสะท้อนกลับจากสิ่งสกปรกหรือข้อบกพร่องในวัสดุโดยไม่เปลี่ยนทิศทางของการหมุน พฤติกรรมที่โดดเด่นนี้ช่วยให้วัสดุทอพอโลยีนำกระแสไฟฟ้าได้เกือบจะไม่มีการกระจาย ซึ่งหมายความว่าสักวันหนึ่งพวกมันจะถูกนำมาใช้เพื่อสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ประหยัดพลังงานมากกว่าที่มีอยู่ในปัจจุบัน
การควบคุมโทโพโลยีของฟอนอนเมื่อเร็ว ๆ นี้ นักวิจัยยังได้พัฒนาฉนวนทอพอโลยีที่สามารถควบคุมการแพร่กระจายของฟอนอน (การสั่นสะเทือนของโครงผลึกในของแข็ง) ตามสถานะขอบแบบสถิตและไดนามิก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Alexander Khanikaev แห่ง Alùและ CUNY ใช้ประโยชน์จากความไม่สมมาตรเชิงเรขาคณิตเพื่อสร้างพฤติกรรมเชิงทอพอโลยีในวัสดุ metamaterial อะคูสติกที่พิมพ์ 3 มิติ ส่งผลให้คลื่นเสียงถูกจำกัดให้เคลื่อนที่ไปตามขอบของ metamaterial เท่านั้น รวมถึงบริเวณมุมที่แหลมคม
อย่างไรก็ตาม วัสดุก่อนหน้านี้เหล่านี้มีข้อบกพร่องที่สำคัญ นั่นคือ คลื่นเสียงไม่ได้ถูกจำกัดอย่างเต็มที่ และสามารถเคลื่อนที่ไปข้างหน้าและข้างหลังตามขอบของฉนวนได้ เสรีภาพในการเดินทางนี้เกิดขึ้นเนื่องจากความผิดปกติหรือความไม่สมบูรณ์บางประเภทในวัสดุอาจสะท้อนถึงเสียงในขณะที่มันแพร่กระจายไปตามขอบเขตของวัตถุ
งานใหม่ซึ่งมีรายละเอียดอยู่ในScience Advancesได้เอาชนะข้อเสียเปรียบนี้ด้วยการแสดงให้เห็นว่าการทำลายสมมาตรแบบย้อนเวลา แทนที่จะเป็นความไม่สมมาตรเชิงเรขาคณิต สามารถทำให้เกิดการจัดลำดับเชิงทอพอโลยีในวัสดุได้
แนวคิดเรื่องสมมาตรการพลิกกลับเวลา (TR) ในระบบอิเล็กทรอนิกส์มีมาตั้งแต่ปี 1987 เมื่อนักฟิสิกส์ในสหภาพโซเวียตทำนายการมีอยู่ของสถานะอิเล็กทรอนิกส์ที่ทำตัวเหมือนสนามแม่เหล็ก โดยชี้ไปในทิศทางที่ต่างออกไปเมื่อ “ลูกศรแห่งเวลา” กลับด้าน ในสมการที่อธิบายพวกเขา กล่าวกันว่าสถานะดังกล่าวมีความสมมาตรของ TR
Credit : hospitalpoetry.com hotairpress.org hotelacciudaddepamplona.com hpfruit.net hzsychw.com
