Los algoritmos permiten el diseño metálico

Los algoritmos permiten el diseño metálico


17 de mayo de 2022

(Noticias de Nanowerk) Las metasuperficies compactas y livianas, que utilizan nanoestructuras especialmente diseñadas y modeladas en una superficie plana para enfocar, dar forma y controlar la luz, son una tecnología prometedora para aplicaciones portátiles, particularmente sistemas de realidad virtual y aumentada.

Hoy en día, los equipos de investigación diseñan meticulosamente el patrón específico de nanoestructuras en la superficie para lograr la función deseada de la lente, ya sea resolviendo características a nanoescala, generando múltiples imágenes de percepción de profundidad simultáneamente o enfocando la luz independientemente de la polarización.

Si los Metalens se van a utilizar comercialmente en sistemas AR y VR, deberán ampliarse significativamente, lo que significa que la cantidad de nanopilares será de miles de millones. ¿Cómo pueden los investigadores diseñar algo tan complejo? Ahí es donde entra en juego la inteligencia artificial. metalens junto con una pantalla micro-LCD que muestra un logotipo de Harvard Los metales fabricados junto con una pantalla micro-LCD que muestra un logotipo de Harvard. (Imagen: Capasso Lab/Harvard SEAS)

En un artículo reciente publicado en comunicación de la naturaleza («El diseño inverso permite metaópticas de alto rendimiento a gran escala que remodelan la realidad virtual»), describió un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) y el Instituto de Tecnología de Massachusetts ( MIT). un nuevo método para diseñar grandes metasuperficies que utiliza técnicas de inteligencia artificial para generar diseños automáticamente.

«Este artículo establece los fundamentos y el enfoque de diseño que pueden influir en muchos dispositivos del mundo real», dijo Federico Capasso, profesor de Física Aplicada Robert L. Wallace y Vinton Hayes Senior Research Fellow en Ingeniería Eléctrica en SEAS y autor principal del artículo. «Nuestros métodos permitirán nuevos diseños de metasuperficies que pueden afectar la realidad virtual o aumentada, los automóviles autónomos y la visión por computadora para sistemas embarcados y satélites».

Anteriormente, los investigadores necesitaban años de conocimiento y experiencia en este campo para diseñar una metasuperficie.

«Nos guiamos por un diseño basado en la intuición y confiamos en gran medida en nuestra propia educación en física, que estaba limitada en la cantidad de parámetros que se pueden considerar a la vez porque estamos limitados por la capacidad de la memoria de trabajo humana», dijo Zhaoyi Li. . investigadora asociada en SEAS y coautora principal del artículo.

Para superar estas limitaciones, el equipo le enseñó a un programa de computadora la física del diseño de metasuperficies. El programa utiliza los fundamentos de la física para generar automáticamente diseños de metasuperficies y diseñar de millones a miles de millones de parámetros simultáneamente.

Este es un proceso de diseño inverso, lo que significa que los investigadores comienzan con una característica deseada de la lente de metal, por ejemplo, una lente que puede corregir la aberración cromática, y el programa usa sus algoritmos computacionales para encontrar las mejores geometrías de diseño para lograr este objetivo. Resultados de imágenes de realidad virtual de Metalen de una torre de Harvard en canales rojo, verde y azul Resultados de imágenes de realidad virtual de Metalen de una torre de Harvard en canales rojos, verdes y azules. (Imagen: Capasso Lab/Harvard SEAS)

«Que una computadora tome una decisión es intrínsecamente aterrador, pero hemos demostrado que nuestro programa puede actuar como una brújula que señala el camino hacia el diseño óptimo», dijo Raphaël Pestourie, investigador postdoctoral en el MIT y coautor principal del artículo. «Además, todo el proceso de diseño con una computadora portátil de una sola CPU toma menos de un día en comparación con el enfoque anterior, que tomaría meses para simular una sola metasuperficie de 1 cm de diámetro que opera en el espectro de luz visible».

«Este es un aumento de un orden de magnitud en el alcance del diseño inverso para dispositivos fotónicos nanoestructurados, que produce dispositivos de decenas de miles de longitudes de onda de diámetro en comparación con cientos en trabajos anteriores, y abre nuevas clases de aplicaciones para el descubrimiento computacional», dijo Steven G. Johnson, profesor de Matemática Aplicada y Física en el MIT y coautor del artículo.

Basado en el nuevo enfoque, el equipo de investigación diseña y fabrica un metaocular RGB acromático insensible a la polarización y de un centímetro para una plataforma de realidad virtual (VR).

«Nuestra plataforma de realidad virtual destacada se basa en un meta ocular y una micro-LCD iluminada con láser que ofrece muchas características deseables, que incluyen compacidad, peso ligero, alta resolución, amplia gama de colores y más», dijo Li. «Creemos que el meta La superficie, una forma de óptica plana, abrió una nueva vía para remodelar el futuro de la realidad virtual”.



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