Pirâmide usa luz para processar rede neural

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/08/2024

Representação artística do processamento difrativo de informações por uma estrutura piramidal.
[Imagem: Bijie Bai/Ozcan Lab/UCLA]

Rede neural difrativa

Uma das abordagens para construir computadores ópticos - também conhecidos como computadores de luz ou computadores fotônicos - consiste em fabricar metamateriais que mexem com as ondas de luz de modo a fazer o cálculo desejado instantaneamente, sem usar nenhum componente eletrônico.

Empilhar várias camadas desses metamateriais permite fazer cálculos cada vez mais complexos porque essas disposições multicamadas formam redes neurais difrativas. O trabalho então passa a ser usar técnicas de aprendizado profundo para criar camadas ópticas cada vez mais otimizadas para realizar tarefas computacionais de maneira totalmente óptica.

Em outras palavras, uma técnica de inteligência artificial cria materiais para fazer inteligência artificial na velocidade da luz. As camadas são projetadas em computador usando IA e depois são fabricadas rapidamente por impressão 3D.

Mas Bijie Bai e colegas da Universidade da Califórnia, nos EUA, tinham ainda uma outra carta na manga.

Em vez de simplesmente empilhar as camadas difrativas, eles criaram uma disposição em forma de pirâmide. A grande vantagem é que isto permitiu dispor as camadas de modo a que elas se alinhem com a direção de ampliação ou redução do tamanho da imagem.

Os pesquisadores também demonstraram que, ao conectar vários módulos em cascata, é possível alcançar fatores de ampliação mais elevados, demonstrando a modularidade e a escalabilidade do sistema.

Composição da rede neural difrativa em formato de pirâmide.
[Imagem: Bijie Bai et al. - 10.1038/s41377-024-01543-w]

Aplicações

Este projeto garante a formação de imagens de alta-fidelidade em uma direção, enquanto inibe o mesmo processo na direção oposta, gerando imagens unidirecionais com menos graus de liberdade difrativa.

A arquitetura foi validada experimentalmente usando iluminação terahertz (THz) de onda contínua. Usando diferentes projetos de ampliação e redução, a equipe confirmou que a disposição piramidal corresponde muito bem com as simulações computadorizadas. As saídas na direção direta refletiram com precisão as imagens de entrada, ampliadas ou reduzidas, enquanto as saídas na direção reversa produziram resultados não informativos e de baixa intensidade, conforme desejado para imagens unidirecionais.

Isto torna a estrutura uma ferramenta promissora para diversas aplicações, incluindo isolamento óptico para dispositivos fotônicos, desacoplamento de transmissores e receptores em telecomunicações, comunicações ópticas com privacidade protegida e vigilância.

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