En un nuevo artículo publicado en Luz:ciencia y aplicaciones , un grupo dirigido por el profesor Andrea Fratalocchi del Laboratorio Primalight de Computación, División de Ciencias e Ingeniería Eléctrica y Matemática (CEMSE), Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST), Arabia Saudita, introdujo un nuevo patentado, Tecnología de óptica plana escalable fabricada con semiconductores económicos.

La tecnología diseñada por KAUST aprovecha un aspecto previamente no reconocido de los nanoresonadores ópticos, que se ha demostrado que poseen una capa física que es completamente equivalente a una red neuronal profunda de alimentación hacia adelante.

"Lo que hemos logrado, "explica Fratalocchi, "es un proceso tecnológico para cubrir superficies planas, que en jerga óptica se denominan 'óptica plana, 'con unidades neuronales' físicas 'que son capaces de procesar la luz como lo hace una red neuronal con una señal eléctrica ".

Estas innovadoras ópticas planas logran eficiencias cercanas a la unidad (hasta un 99%) en el rango visible en superficies ultradelgadas, que proporciona control de luz de banda ancha y vectorial tanto en transmisión como en reflexión con la forma de frente de onda deseada. Es más, la superficie de silicio en forma de nano es ultrafina (60 nanómetros de espesor, 1 nm =1/1000000 de 1 mm) y se puede personalizar en superficies flexibles.

El programa utilizado para diseñar la nano-superficie se ejecuta en la supercomputadora Shaheen-II de KAUST, un Cray XC40 que ofrece más de 7,2 Pflop / s de rendimiento máximo teórico, y se lleva a cabo con el software Autonomous Learning Framework for Rule-based Evolutionary Design desarrollado por Fratalocchi y su equipo.

"Hemos desarrollado un programa que utiliza inteligencia artificial para diseñar los nanoresonadores. El algoritmo funciona utilizando técnicas evolutivas:en términos simples, el algoritmo es capaz de entrenarse a sí mismo y mejora sus resultados después de cada ciclo para producir superficies de eficiencia creciente cada vez que se ejecuta. En nuestro artículo, mostramos componentes experimentales con mejor rendimiento que el estado actual de la técnica en óptica plana o de dispositivos comerciales disponibles en empresas líderes, como Thorlabs y Newport ".

Actualmente, el equipo de investigación de KAUST planea utilizar la óptica plana para desarrollar nuevos dispositivos planos que podrían revolucionar las tecnologías más antiguas basadas en la óptica masiva. Entre las innovaciones, Fratalocchi y su equipo están construyendo una cámara de ojo humano, un biosensor capaz de "leer" células infectadas con malaria y nuevos tipos de pantallas.

"Hay un sinfín de aplicaciones "explica Fratalocchi, "porque casi todos los sistemas de medición existentes, en principio, podría ser sustituido por su rentable, Versiones compactas de óptica plana. Estamos desarrollando un enfoque de aprendizaje estadístico que, para cualquier tarea de medición dada, diseña una superficie plana correspondiente que codifica la medida en una sola imagen óptica, o logograma. Con este enfoque, todo el campo de la detección y la metrología podría convertirse en un procesamiento del lenguaje natural basado en logogramas no lineales ".

"Uno de nuestros proyectos actuales es una cámara plana que puede ver incluso mejor que el ojo humano, que está limitado por el uso de solo tres receptores primarios para la visión del color. También podemos miniaturizar cualquier componente, no importa lo voluminoso que sea, "agrega Fratalocchi." El concepto clave aquí es que una red neuronal es un aproximador universal que puede aprender cualquier función. Por esta razón, podemos entrenar nuestra óptica plana para realizar cualquier tarea, o una secuencia de tareas que actualmente realizan los sistemas electrónicos, simplemente en menos espacio ya la velocidad de la luz ".

"Con la financiación y los recursos adecuados, "concluye Fratalocchi, "dentro de cinco a diez años, la mayor parte de la tecnología voluminosa actual se habrá reducido al tamaño de bolsillo, con una revolución similar a la que experimentó la electrónica a finales del siglo pasado ".