Metassuperfícies compactas e leves – que usam nanoestruturas especificamente projetadas e padronizadas em uma superfície plana para focar, moldar e controlar a luz – são uma tecnologia promissora para aplicações vestíveis, especialmente sistemas de realidade virtual e aumentada. Hoje, as equipes de pesquisa projetam meticulosamente o padrão específico de nanoestruturas na superfície para alcançar a função desejada da lente, seja resolvendo recursos em nanoescala, produzindo simultaneamente várias imagens de percepção de profundidade ou focalizando a luz, independentemente da polarização.
Se os metalens forem usados ​​comercialmente em sistemas AR e VR, eles precisarão ser ampliados significativamente, o que significa que o número de nanopilares será de bilhões. Como os pesquisadores podem projetar algo tão complexo? É aí que entra a inteligência artificial.

Em um artigo recente, publicado na Nature Communications , uma equipe de pesquisadores da Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) e do Massachusetts Institute of Technology (MIT) descreveu um novo método para projetar metasuperfícies em grande escala que usa técnicas de inteligência de máquina para gerar projetos automaticamente .

"Este artigo estabelece as bases e a abordagem de design que pode influenciar muitos dispositivos do mundo real", disse Federico Capasso, professor de física aplicada de Robert L. Wallace e pesquisador sênior de engenharia elétrica da SEAS e autor sênior do artigo. “Nossos métodos permitirão novos projetos de metasuperfície que podem causar impacto na realidade virtual ou aumentada, carros autônomos e visão de máquina para sistemas embarcados e satélites”.

Até agora, os pesquisadores precisavam de anos de conhecimento e experiência na área para projetar uma metasuperfície.

“Fomos guiados pelo design baseado na intuição, confiando fortemente no treinamento em física, que foi limitado no número de parâmetros que podem ser considerados simultaneamente, limitados como somos pela capacidade da memória de trabalho humana”, disse Zhaoyi Li, pesquisador associado da SEAS e co-autor principal do artigo.

Para superar essas limitações, a equipe ensinou a um programa de computador a física do projeto de metasuperfícies. O programa usa a base da física para gerar projetos de metasuperfície automaticamente, projetando milhões a bilhões de parâmetros simultaneamente.

Este é um processo de design inverso, o que significa que os pesquisadores começam com uma função desejada do metalens - como uma lente que pode corrigir a aberração cromática - e o programa encontra as melhores geometrias de design para atingir esse objetivo usando seus algoritmos computacionais.

“Deixar um computador tomar uma decisão é inerentemente assustador, mas demonstramos que nosso programa pode funcionar como uma bússola, apontando o caminho para o design ideal”, disse Raphaël Pestourie, associado de pós-doutorado no MIT e co-autor principal do artigo. “Além disso, todo o processo de design leva menos de um dia usando um laptop de CPU única, em comparação com a abordagem anterior, que levaria meses para simular uma única metasuperfície de 1 cm de diâmetro trabalhando no espectro de luz visível”.

“Este é um aumento de ordem de magnitude na escala do design inverso para dispositivos fotônicos nanoestruturados, gerando dispositivos com dezenas de milhares de comprimentos de onda de diâmetro em comparação com centenas em trabalhos anteriores, e abre novas classes de aplicações para descoberta computacional”, disse Steven G. Johnson, Professor de Matemática Aplicada e Física no MIT e co-autor correspondente do artigo.

Com base na nova abordagem, a equipe de pesquisa projetou e fabricou uma meta-ocular RGB-acromática em escala de centímetros, insensível à polarização, para uma plataforma de realidade virtual (VR).

“Nossa plataforma VR apresentada é baseada em uma meta-ocular e um micro-LCD retroiluminado a laser, que oferece muitos recursos desejáveis, incluindo compacidade, peso leve, alta resolução, ampla gama de cores e muito mais”, disse Li. “Acreditamos que a metasuperfície, uma forma de óptica plana, abre um novo caminho para remodelar o futuro da VR”.

A pesquisa é co-autoria de Joon-Suh Park e Yao-Wei Huang. + Explorar mais

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