قام باحثون من جامعة تل أبيب بتطوير طريقة تعتمد على نموذج الانتشار لتصميم مكونات بصرية مسطحة في دقائق - بدلاً من الساعات والأيام - وتظهر دقة عالية في مهام مثل تقسيم الشعاع وفصل الاستقطاب؛ نُشرت في ACS Photonics
طوّر باحثون من كلية الهندسة الكهربائية والحاسوبية بجامعة تل أبيب طريقةً رائدةً لتصميم مكونات بصرية دقيقة باستخدام الذكاء الاصطناعي. تتيح هذه الطريقة تصميم مكونات بصرية مسطحة - تُعرف بالأسطح الفائقة - في دقائق معدودة، بدلاً من ساعات أو حتى أيام كما كان الحال حتى الآن. تُمثّل هذه قفزةً نوعيةً في مجال البصريات، مع إمكانية تغيير طريقة تطوير الكاميرات وأجهزة الاستشعار وأنظمة الواقع المعزز.
أجرى البحث الطالبان الباحثان لياف تشين وإيريز يوسف، بإشراف الباحثين البروفيسور راجا جيريس، والبروفيسور دان رافيف، والبروفيسور كوبي شوير، وجميعهم من كلية الهندسة الكهربائية والحاسوبية بجامعة تل أبيب. نُشر البحث في المجلة العلمية ACS الضوئيات
يوضح فريق البحث أن عالم البصريات شهد تحولاً جذرياً في العقود الأخيرة: فبدلاً من العدسات السميكة والثقيلة والمكونات البصرية، يطور الباحثون "أسطحاً فائقة الرقة" - وهي هياكل فائقة الرقة يبلغ سمكها بضع مئات من النانومترات (جزء من مليون من المليمتر)، تتكون من هياكل دقيقة تُسمى الذرات الفائقة. وتستطيع هذه الأسطح التحكم في اتجاه الضوء وشدته واستقطابه، مما يُؤدي إلى عمليات كانت تتطلب في السابق مكونات كبيرة ومكلفة.
يُعد تصميم سطح ميتا مهمة هندسية معقدة للغاية. إنها مسألة "تصميم عكسي"، حيث تعرف كيف تريد أن يتصرف الضوء، لكنك لا تعرف الشكل الذي ينبغي أن يبدو عليه الهيكل المادي الذي سيحقق ذلك. حتى الآن، تطلب حل هذه المسألة عمليات محاكاة طويلة، استمرت أحيانًا لأيام.
وفي الدراسة الجديدة، تمكن الباحثون في جامعة تل أبيب من تقصير العملية بشكل كبير باستخدام نموذج الانتشار - وهو نوع متقدم من الشبكات العصبية التوليدية (الذكاء الاصطناعي التوليدي)، على غرار النماذج التي تنشئ الصور، ولكن هنا يتم استخدامه لتصميم الهياكل البصرية الصغيرة.
أنشأ الباحثون قاعدة بيانات ضخمة من الأمثلة التي تربط بنية السطح المتحول بنمط تشتت الضوء الناتج عنه. تعلّم النموذج هذه العلاقات المعقدة، ثم تمكن من توليد تصاميم جديدة في وقت قياسي - أقل من 30 دقيقة - وبدقة عالية جدًا.
وأظهر الباحثون فعالية هذه الطريقة في مجموعة متنوعة من المهام البصرية، بما في ذلك تصميم سطح ميتا يقسم شعاع الضوء إلى عدد من الاتجاهات المتساوية، بالإضافة إلى مكون يفصل الضوء المستقطب أفقياً عن الضوء المستقطب رأسياً - وهي وظيفة مهمة في الأنظمة البصرية المتقدمة.
علاوة على ذلك، تتميز الطريقة المُطورة بمرونتها وقابليتها للتكيف مع المهام الجديدة، وأنواع المواد المختلفة، والظروف الفيزيائية المتنوعة، وذلك بفضل آلية فريدة لبناء مجموعات بيانات عالية الجودة لتدريب النموذج. ووفقًا للباحثين، تُوضح الطريقة الجديدة كيف يُمكن للذكاء الاصطناعي التوليدي - وهي تقنية مرتبطة بشكل أساسي بإبداع الفن والصور - أن يُصبح أداة علمية وهندسية فعّالة. في المستقبل، قد تُمكّن هذه الأساليب من تصميم عدسات وأجهزة استشعار مُخصصة في الوقت الفعلي، وتبسيط عمليات التصنيع، والمساهمة في تطوير تقنيات جديدة في مجالات الطب والاتصالات والإلكترونيات القابلة للارتداء.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 2
هناك فجوة كبيرة بين ما يكتب عن التقنيات البصرية المتاحة في العالم اليوم والواقع.
رائع، الآن سوف يخترعون عدسات للنظارات تطرد الأوساخ.