Нейросетевые алгоритмы научились направлять лазерные лучи мимо зон турбулентности в переменных средах

Ученые из университета Эксетера, Великобритания, разработали инновационный метод управления световыми пучками в динамических средах, как, например, турбулентная атмосфера или биологические ткани.

Эти исследования показывают, что возможно формировать лазерные лучи, устойчивые к движению в тех материалах, сквозь которые они проходят. Данная технология обещает значительное улучшение в качестве биомедицинской визуализации и повышении скорости передачи данных в оптических коммуникационных системах.

Когда лазерный луч пересекает динамическую среду, световые пучки претерпевают постоянные изменения из-за рассеяния. Это приводит к искажению передаваемой информации, что создает препятствия для визуализации и оптической передачи данных. Примером служит мерцание звезд, обусловленное неоднородностью рассеивания света в земной атмосфере. Однако, как показали исследования, даже в изменчивых средах существуют зоны с разными скоростями движения. «Проблема в том, что у нас нет информации о расположении этих участков внутри среды, будь то турбулентная атмосфера или живая ткань», — объяснил профессор Дэвид Филлипс, руководитель исследования. «Поэтому мы разработали алгоритмы, которые автоматически находят наиболее стабильные зоны и направляют свет именно через них».

Для обнаружения «сокрытых каналов» с минимальным уровнем флуктуаций исследователи воспользовались подходами, вдохновленными обучением нейронных сетей. Эти алгоритмы анализировали множество различных конфигураций лазерных пучков, оперативно выбирая те, которые сводят к минимуму временные искажения. В результате световые лучи обходили быстро подвижные сегменты среды, концентрируясь в статичных или медленно изменяющихся зонах. «Полученные результаты превзошли наши ожидания», — заявил Филлипс. «Эта методика открывает новые горизонты для технологий, начиная от медицинской диагностики и заканчивая коммуникациями».

Команда уже изучает применение метода в гибких микроэндоскопах для высокодетализированной визуализации тканей и оптических системах передачи данных, где стабильность сигнала является ключевым фактором. Проект реализуется командой Structured Light под руководством Филлипса.

Уникальность данного подхода заключается в его универсальности. Технология не требует предварительного знания структуры среды, адаптируясь к её изменениям в реальном времени. Это позволяет избежать традиционных сложностей, связанных с шумом и искажениями, и может стать основой для нового поколения устройств: от компактных медицинских сканеров до спутниковых систем связи, эффективно работающих сквозь атмосферные помехи.

Источник: iXBT