Em um novo artigo publicado em Light:Ciência e Aplicações , um grupo liderado pela Professora Andrea Fratalocchi do Laboratório Primalight do Computador, Divisão de Ciências Elétricas e Matemáticas e Engenharia (CEMSE), Universidade King Abdullah de Ciência e Tecnologia (KAUST), Arábia Saudita, introduziu um novo patenteado, tecnologia de óptica plana escalável fabricada com semicondutores baratos.

A tecnologia projetada pela KAUST aproveita um aspecto anteriormente não reconhecido de nanorressonadores ópticos, que demonstraram possuir uma camada física que é completamente equivalente a uma rede neural profunda feed-forward.

"O que alcançamos, "explica Fratalocchi, "é um processo tecnológico para cobrir superfícies planas, que no jargão óptico são chamados de 'óptica plana, 'com unidades neurais' físicas 'que são capazes de processar luz como uma rede neural faz com um sinal elétrico. "

Essas óticas planas inovadoras alcançam eficiências próximas da unidade (até 99%) na faixa visível em superfícies ultrafinas, que fornece banda larga e controle de luz vetorial na transmissão e reflexão com a forma de frente de onda desejada. Além disso, a superfície de silício da nanoforma é ultrafina (60 nanômetros de espessura, 1 nm =1/1000000 de 1 mm) e pode ser personalizado em superfícies flexíveis.

O programa usado para projetar a nanossuperfície é executado no supercomputador Shaheen-II da KAUST, um Cray XC40 entregando mais de 7,2 Pflop / s de desempenho de pico teórico, e é realizado com o software Autonomous Learning Framework for Rule-based Evolutionary Design desenvolvido por Fratalocchi e sua equipe.

“Desenvolvemos um programa que usa inteligência artificial para projetar os nanorressonadores. O algoritmo funciona por meio de técnicas evolutivas:em termos simples, o algoritmo é capaz de se treinar e melhorar seus resultados após cada ciclo para produzir superfícies de eficiência crescente a cada vez que é executado. Em nosso artigo, mostramos componentes experimentais com melhor desempenho do que o atual estado da arte em óptica plana ou de dispositivos comerciais disponíveis nas principais empresas, como Thorlabs e Newport. "

A equipe de pesquisa da KAUST está atualmente planejando usar ótica plana para desenvolver novos dispositivos planos que podem revolucionar tecnologias mais antigas com base em ótica em massa. Entre as inovações, Fratalocchi e sua equipe estão construindo uma câmera de olho humano, um bio-sensor capaz de 'ler' células infectadas com malária e novos tipos de displays.

"Existem aplicações realmente infinitas, "explica Fratalocchi, "porque quase todos os sistemas de medição existentes, em princípio, poderia ser substituído por seu custo-benefício, versões compactas de ótica plana. Estamos desenvolvendo uma abordagem de aprendizagem estatística que, para qualquer tarefa de medição, projeta uma superfície plana correspondente que codifica a medida em uma única imagem óptica, ou logograma. Com esta abordagem, todo o campo de sensoriamento e metrologia poderia se tornar processamento de linguagem natural com base em logogramas não lineares. "

"Um dos nossos projetos atuais é uma câmera plana que pode ver ainda melhor do que o olho humano, que é limitado pelo uso de apenas três receptores primários para a visão de cores. Também podemos miniaturizar qualquer componente, não importa o quão volumoso, "acrescenta Fratalocchi." O conceito-chave aqui é que uma rede neural é um aproximador universal que pode aprender qualquer função. Por esta razão, podemos treinar nossa ótica plana para realizar qualquer tarefa, ou uma sequência de tarefas atualmente realizadas por sistemas eletrônicos, apenas em menos espaço e à velocidade da luz. "

"Com financiamento e recursos adequados, "conclui Fratalocchi, "daqui a cinco a 10 anos, a maior parte da tecnologia volumosa de hoje terá encolhido para o tamanho de bolso, com uma revolução semelhante que a eletrônica experimentou no final do século passado. "