Les doctorants Liav Chen et Erez Yosef, sous la direction des Prof. Raja Giryes, Dan Raviv et Kobi Shuyer, de l’École d’ingénierie électrique et informatique de l’Université de Tel-Aviv ont développé une méthode basée sur l'intelligence artificielle permettant de concevoir des composants optiques miniatures, ultrafins, appelés métasurfaces, en quelques minutes seulement. Selon les chercheurs, il s'agit d'une avancée significative dans le domaine de l’optique, susceptible de transformer la fabrication des appareils photo, des capteurs et des systèmes de réalité augmentée.
L'étude a été publiée dans la revue scientifique ACS Photonics.
Un changement dramatique dans le monde de l'optique
L'équipe de chercheurs explique que ces dernières décennies, le monde de l'optique a connu une transformation radicale : à la place de lentilles et de composants optiques épais et lourds, on développe des « méta-surfaces », structures d'une extrême finesse - quelques centaines de nanomètres d'épaisseur (millionièmes de millimètre) seulement, constituées de minuscules structures appelées méta-atomes. Les méta-surfaces sont capables contrôler la direction, l'intensité et la polarisation de la lumière, réalisant ainsi des opérations qui nécessitaient auparavant des composants volumineux et coûteux.
Concevoir une méta-surface est une tâche d'ingénierie particulièrement complexe, un problème de « rétro-ingénierie » : on sait comment la lumière doit se comporter, mais on ignore quelle est la structure physique qui aboutira à ce résultat. Jusqu'à présent, la résolution de ce problème exigeait de longues simulations pouvant durer plusieurs jours.
Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l'Université de Tel-Aviv sont parvenus à raccourcir considérablement le processus grâce à un modèle avancé de diffusion de la lumière : une sorte de réseau neuronal génératif (intelligence artificielle générative), similaire aux modèles de création d'images, mais utilisé ici pour concevoir des structures optiques miniatures.
Dans l'avenir : la conception en temps réèl de lentilles et de capteurs personnalisés
Pour ce faire, ils ont créé une vaste base de données d'exemples de correspondance entre la structure d'une méta-surface et le diagramme de diffusion de la lumière qu'elle génère. Le modèle a « appris » ces relations complexes, puis a réussi à produire de nouveaux designs en un temps record (moins de 30 minutes) et avec une très grande précision.
Les chercheurs ont démontré l'efficacité de la méthode sur diverses applications optiques, notamment la conception d'une méta-surface divisant un faisceau lumineux en plusieurs directions égales, ainsi que d'un composant séparant la lumière polarisée horizontalement de la lumière polarisée verticalement, fonction essentielle dans les systèmes optiques avancés.
De plus, la méthode développée est flexible et adaptable à de nouvelles applications, à différents types de matériaux et à diverses conditions physiques, grâce à un mécanisme unique de constitution d'ensembles de données de haute qualité pour l'entraînement du modèle. Selon les chercheurs, cette nouvelle méthode illustre la manière dont l'intelligence artificielle générative, technologie principalement associée à la création d'œuvres d'art et d'images, peut devenir un outil scientifique et technique puissant. Une telle approche pourrait, dans l'avenir, permettre la conception en temps réel de lentilles et de capteurs personnalisés, rationaliser les processus de fabrication et contribuer au développement de nouvelles technologies dans les domaines de la médecine, des communications et de l'électronique portable.
Photos :
- Simulation
- Le Prof. Kobi Shuyer et le doctorat Liav Chen
(Crédit photo et illustration : Université de Tel-Aviv)
