In een nieuw artikel gepubliceerd in Licht:wetenschap en toepassingen , een groep onder leiding van professor Andrea Fratalocchi van Primalight Laboratory of the Computer, Afdeling Electrical and Mathematical Sciences and Engineering (CEMSE), Koning Abdullah Universiteit voor Wetenschap en Technologie (KAUST), Saoedi-Arabië, introduceerde een nieuwe gepatenteerde, schaalbare flat-optics-technologie vervaardigd met goedkope halfgeleiders.

De door KAUST ontworpen technologie maakt gebruik van een voorheen niet-herkend aspect van optische nanoresonatoren, waarvan is aangetoond dat ze een fysieke laag hebben die volledig equivalent is aan een feed-forward diep neuraal netwerk.

"Wat we hebben bereikt, " legt Fratalocchi uit, "is een technologisch proces om vlakke oppervlakken te bedekken, die in optisch jargon 'platte optica' worden genoemd, ' met 'fysieke' neurale eenheden die licht kunnen verwerken zoals een neuraal netwerk dat doet met een elektrisch signaal."

Deze innovatieve platte optica bereikt een efficiëntie van bijna één (tot 99%) in het zichtbare bereik in ultradunne oppervlakken, die breedband en vectoriële lichtregeling biedt in zowel transmissie als reflectie met de gewenste golffrontvorm. Bovendien, het siliciumoppervlak in nanovorm is ultradun (60 nanometer dik, 1 nm=1/1000000 van 1 mm) en kan worden aangepast op flexibele oppervlakken.

Het programma dat is gebruikt om het nanooppervlak te ontwerpen, draait op de Shaheen-II-supercomputer van KAUST, een Cray XC40 die meer dan 7,2 Pflop/s theoretische piekprestaties levert, en wordt uitgevoerd met het Autonomous Learning Framework for Rule-based Evolutionary Design-software ontwikkeld door Fratalocchi en zijn team.

"We hebben een programma ontwikkeld dat kunstmatige intelligentie gebruikt om de nanoresonatoren te ontwerpen. Het algoritme werkt met behulp van evolutionaire technieken:in eenvoudige bewoordingen, het algoritme kan zichzelf trainen en verbetert de resultaten na elke cyclus om oppervlakken te produceren met toenemende efficiëntie elke keer dat het wordt uitgevoerd. In ons artikel, we toonden experimentele componenten met betere prestaties dan de huidige stand van de techniek in platte optica of van commerciële apparaten die verkrijgbaar zijn bij toonaangevende bedrijven, zoals Thorlabs en Newport."

Het onderzoeksteam van KAUST is momenteel van plan om platte optica te gebruiken om nieuwe platte apparaten te ontwikkelen die een revolutie teweeg kunnen brengen in oudere technologieën op basis van bulkoptica. Onder de innovaties, Fratalocchi en zijn team bouwen een camera voor het menselijk oog, een biosensor die met malaria geïnfecteerde cellen kan 'lezen' en nieuwe soorten displays.

"Er zijn echt eindeloze toepassingen, " legt Fratalocchi uit, "omdat bijna alle bestaande meetsystemen, in principe, kunnen worden vervangen door hun kosteneffectieve, compacte uitvoeringen met platte optiek. We ontwikkelen een statistische leeraanpak die, voor een bepaalde meettaak, ontwerpt een corresponderend vlak oppervlak dat de maat codeert in een enkel optisch beeld, of logogram. Met deze aanpak, het hele gebied van detectie en metrologie zou natuurlijke taalverwerking kunnen worden op basis van niet-lineaire logogrammen."

"Een van onze huidige projecten is een platte camera die nog beter kan zien dan het menselijk oog, die wordt beperkt door het gebruik van slechts drie primaire receptoren voor kleurenzien. We kunnen ook elk onderdeel miniaturiseren, hoe omvangrijk ook, " voegt Fratalocchi toe. "Het belangrijkste concept hier is dat een neuraal netwerk een universele benadering is die elke functie kan leren. Om deze reden, we kunnen onze platte optica trainen om elke taak uit te voeren, of een reeks taken die momenteel door elektronische systemen worden uitgevoerd, alleen in minder ruimte en met de snelheid van het licht."

"Met de juiste financiering en middelen, " concludeert Fratalocchi, "Over vijf tot tien jaar, de meeste van de omvangrijke technologie van vandaag zal zijn gekrompen tot zakformaat, met een soortgelijke revolutie die de elektronica aan het einde van de vorige eeuw doormaakte."