Una nueva tecnología que podría generar grandes avances en las comunicaciones ópticas, la vigilancia y el aislamiento de dispositivos fotónicos, tiene algo en común con el diseño constructivo más cautivador del mundo antiguo: la pirámide.
Representación artística de una red óptica difractiva piramidal para la magnificación y disminución unidireccional de imágenes. Crédito: Ozcan Lab/UCLA.
Investigadores de la Universidad de California (UCLA) han creado un nuevo diseño revolucionario para redes neuronales profundas difractivas (D²NNs).
Las D²NNs se construyen a partir de capas transmisivas individuales optimizadas mediante aprendizaje profundo, lo que les permite realizar cálculos casi exclusivamente a través del uso de óptica. En su reciente investigación, el equipo de UCLA, dirigido por el profesor Aydogan Ozcan, trabajó con una red óptica difractiva en forma de pirámide, un diseño que permitió lograr una imagen unidireccional con menos grados de libertad difractivos.
El resultado es un diseño que ayuda a asegurar una formación de imágenes de alta fidelidad, pero solo en una dirección. Por el contrario, se produce una inhibición significativa de la imagen en la dirección opuesta, condiciones clave para aplicaciones donde se requiere la imagen unidireccional. Estos campos incluyen tecnologías de defensa y seguridad, aplicaciones de telecomunicaciones y sistemas utilizados para la protección de la privacidad.
El equipo también pudo demostrar la modularidad y escalabilidad de su novedoso sistema estructurado en pirámide al encadenar varios módulos P-D²NN. Esto les permitió alcanzar factores de magnificación o demagnificación aún mayores.
El misterio de la pirámide
En términos simples, una pirámide es una forma tridimensional que resulta de la construcción de caras triangulares que surgen de una base poligonal. Cada uno de los puntos de las porciones triangulares se encuentra en el punto más alto o ápice. Esto da lugar a una forma única donde el peso se distribuye uniformemente, lo que permitió a los arquitectos antiguos confiar en este diseño para la construcción de algunas de las estructuras más grandes jamás construidas, con las célebres pirámides de Guiza en Egipto, monumentos que siguen siendo impresionantes según los estándares de ingeniería actuales y que han demostrado su resistencia al persistir durante miles de años.
Dada su apariencia enigmática, las pirámides también han contribuido a una serie de nociones fronterizas a lo largo de los años, involucrando los poderes misteriosos que los monumentos de Guiza pueden poseer —como el almacenamiento de energía electromagnética— o las tecnologías supuestas basadas en la forma de la pirámide.
Pirámides de Guiza, con la de Kefrén en primer plano.
Para el equipo de UCLA, la estructura piramidal ofreció ventajas reales en la vida cotidiana, ya que la estructura ascendente les permitió escalar las capas de la nueva D²NN de tal manera que se alinean con la dirección de magnificación o demagnificación de la imagen. En otras palabras, la forma de la pirámide ofrece una especie de guía que amplía o reduce la imagen en cuestión de manera controlada. El resultado es que las imágenes de alta fidelidad pueden pasar a través de la red, pero solo en la dirección deseada.
Durante su investigación, el equipo también logró validar experimentalmente el nuevo sistema P-D²NN utilizando iluminación de terahercios (THz). Se probaron capas difractivas impresas en 3D bajo iluminación continua de THz, produciendo resultados que, según el equipo, coincidieron muy de cerca con simulaciones numéricas anteriores.
Aplicaciones futuras
El sistema en forma de pirámide es ideal para diversas aplicaciones, incluidas tecnologías que proporcionan aislamiento óptico para dispositivos fotónicos y desacoplamiento de transmisores y receptores en telecomunicaciones. En los próximos años, también podría beneficiar a las tecnologías de seguridad e incluso a la vigilancia.
En general, la arquitectura P-D²NN del equipo representa un avance considerable en la tecnología de imágenes ópticas, que sus desarrolladores creen que podría ayudar a allanar el camino hacia una gama de futuras innovaciones y aplicaciones. Todo lo cual, por supuesto, se basa en una de las formas monumentales antiguas más icónicas y cautivadoras de la historia humana.
Los hallazgos del equipo de UCLA han sido publicados en la revista Light: Science & Applications.
Fuente: UCLA/TD. Edición: MP.