Потенциально революционная новая технология, которая может значительно продвинуть оптическую связь, наблюдение и изоляцию фотонных устройств, имеет нечто общее с самым захватывающим строительным дизайном древнего мира: пирамидой.
Исследователи из из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) разработали революционный новый дизайн для дифракционных глубоких нейронных сетей (D2NN), который, по их словам, значительно улучшает однонаправленное увеличение и уменьшение изображений. Названная Pyramid D2NN, новая архитектура дизайна оправдывает свое название, представляя сеть пирамидальной структуры, которая обеспечивает формирование изображений высокой точности при уменьшении рефракционных особенностей, все это путем выравнивания своих слоев в том же направлении увеличения и уменьшения изображения.
Содержание
Что такое дифракционные глубокие нейронные сети?
D2NN состоят из отдельных пропускающих слоев, оптимизированных с помощью глубокого обучения, что позволяет им выполнять вычисления почти полностью с использованием оптики.
В своем недавнем исследовании команда UCLA под руководством профессора Айдогана Озкана работала с дифракционной оптической сетью пирамидальной формы, дизайн которой позволил команде достичь однонаправленной визуализации с меньшим количеством дифракционных степеней свободы.
Результатом является дизайн, который помогает обеспечить формирование изображений высокой точности, но только в одном направлении. Напротив, в противоположном направлении происходит значительное подавление изображения, что является ключевым условием для применения в приложениях, где требуется визуализация в одном направлении (т.е. однонаправленная визуализация). Такие области включают оборонные и охранные технологии, телекоммуникационные приложения и системы, используемые для защиты конфиденциальности.
Команде также удалось продемонстрировать модульность и масштабируемость своей новой системы с пирамидальной структурой путем каскадирования нескольких модулей P-D2NN. Это позволило им достичь еще больших коэффициентов увеличения или уменьшения.
Тайна пирамиды
Форма пирамиды давно захватывает умы людей, и, пожалуй, нет лучшего примера этого, чем загадочные пирамиды в Гизе.
Простыми словами, пирамида – это трехмерная фигура, образованная построением треугольных граней, исходящих от многоугольного основания. Каждая из вершин треугольных частей встречается в самой высокой точке или вершине.
Это приводит к уникальной форме, где вес равномерно распределен, что позволило древним архитекторам полагаться на этот дизайн при строительстве некоторых из самых больших когда-либо построенных сооружений, самыми известными примерами которых являются пирамиды Гизы, памятники, которые до сих пор впечатляют по сегодняшним инженерным стандартам и которые доказали свою устойчивость, просуществовав тысячи лет.
Учитывая их загадочный вид, пирамиды также породили ряд маргинальных идей на протяжении лет, связанных с таинственными силами, которыми могут обладать сами памятники в Гизе, или предполагаемыми технологиями (многие из которых псевдонаучны), основанными на форме пирамиды и силах, которыми она якобы обладает.
Для команды UCLA структура пирамиды предложила реальные преимущества в том, что восходящая структура позволила им масштабировать слои новой D2NN таким образом, что они выравниваются с направлением увеличения или уменьшения изображения. Другими словами, форма пирамиды предлагает своего рода направляющую, которая либо увеличивает, либо уменьшает рассматриваемое изображение контролируемым образом. В результате изображения высокой точности могут проходить через сеть, но только в желаемом направлении.
В ходе своего исследования команда также успешно экспериментально подтвердила новую систему P-D2NN, используя терагерцовое (ТГц) освещение. 3D-печатные дифракционные слои были протестированы под непрерывным ТГц-освещением, и результаты, по словам команды, очень близко соответствовали более ранним численным моделированиям.
Применения и перспективы на будущее
Система идеально подходит для различных применений, включая технологии, обеспечивающие оптическую изоляцию для фотонных устройств и развязку передатчиков и приемников в телекоммуникациях. В ближайшие годы новая система пирамидальной формы также может принести пользу технологиям безопасности и даже наблюдения.
В целом, архитектура P-D2NN команды представляет собой значительный прогресс в технологии оптической визуализации, который, по мнению ее разработчиков, может проложить путь к ряду будущих инноваций и приложений. Все это, конечно, основывается на одной из самых знаковых и захватывающих древних монументальных форм в истории человечества.
Результаты исследования были опубликованы в журнале Light: Science & Applications.
Читайте также: Великая пирамида: последнее чудо древнего мира
