Temas de investigación

Desarrollo de un espectrómetro ultracompacto con tecnología de IA.

cristal fotónicoson cristales artificiales con respecto a las longitudes de onda ópticas. Del mismo modo que los cristales semiconductores tienen un hueco de banda para los electrones, la creación de estructuras periódicas de índice de refracción mediante técnicas de microfabricación produce materiales artificiales con un hueco de banda para la luz, llamados cristales fotónicos. La brecha de banda para la luz puede utilizarse para confinar fuertemente la luz dentro del chip o para reducir la velocidad de la luz. Su tamaño extremadamente pequeño también lo convierte en un firme candidato para la realización de circuitos integrados ópticos.

Sin embargo, los cristales fotónicos y otrosdispositivo nanofotónicorequieren estructuras extremadamente precisas y su rendimiento se ha visto limitado por los errores de fabricación. Los errores de fabricación pueden causar fluctuaciones en la estructura, lo que lleva aLocalización aleatoria de la luz.Este fenómeno se denomina "localización de la luz de Anderson". Aunque es interesante como fenómeno físico, la observación de esta aleatoriedad no es deseable para las aplicaciones de ingeniería.

Esquema de la configuración de un espectrómetro ultracompacto. Los patrones de localización son adquiridos y entrenados por la IA.
Esquema de la configuración de un espectrómetro ultracompacto. Los patrones de localización son adquiridos y entrenados por la IA.

Pero tenemos estoCreemos que la aleatoriedad puede, por el contrario, utilizarse para mejorar el rendimiento del dispositivo explotándolo activamente.... El objetivo es conseguirlo. Para ello, es necesarioTecnología de IA para el procesamiento de datos.Incorporar el El rendimiento puede mejorar si el patrón de localización puede ser aprendido por el software para predecir las respuestas desconocidas en un alto grado. Una de las aplicaciones es el desarrollo de un espectrómetro de alto rendimiento. Los espectrómetros convencionales son caros y grandes, por lo que sólo se utilizan para aplicaciones limitadas, pero si se consiguen hacer pequeños y baratos, esperamos abrir una gran variedad de aplicaciones, como incorporarlos a los teléfonos inteligentes para el reconocimiento de las pupilas o como sensores en las líneas de producción.

Esta investigación no ha hecho más que empezar y, aunque se han realizado experimentos de prueba de principio, ¿podrá realizarse un dispositivo realmente utilizable? ¿Funciona como se desea para múltiples longitudes de onda? Todavía hay muchas incógnitas, como por ejemplo si se puede conseguir el comportamiento deseado para múltiples longitudes de onda. Aunque se puedan realizar experimentos de prueba de principio, el siguiente paso es encontrar una implementación y una aplicación asesina realmente útil. Esta investigación está en su fase incipiente y sigue tanteando en la oscuridad, pero tiene un gran potencial.

Lo que dificulta especialmente la investigación es que las redes neuronales utilizadas para el procesamiento de datos son cajas negras y no es fácil entender cómo piensa el ordenador y obtiene sus resultados. Las redes neuronales en sí mismas también exigen un conocimiento más profundo, ya que requieren estar familiarizados tanto con el software como con el hardware.

De hecho, fenómenos como la localización de la luz debido a la aleatoriedad estructural se conocen como fotónica aleatoria, un campo de la física que se ha estudiado con gran interés en la interfaz con la estadística y la teoría del caos. Sin embargo,Ingeniería fotónica aleatoria.Esta investigación tiene el potencial de sentar un precedente. La investigación no es sólo un simple desarrollo del espectrómetro, sino que también tiene valor académico.

Modelo de red neuronal utilizado.
Modelo de red neuronal utilizado.

Este estudio aún no hafase de brote (diente)No existe una investigación conjunta en toda regla. Sin embargo, se han obtenido patentes básicas y se prevé el desarrollo de futuros proyectos. La investigación sobre el aprendizaje automático, por ejemplo, se lleva a cabo con el asesoramiento del profesor Ikehara del Departamento de Ingeniería Electrónica.

《 Palabra clave 》

Cristales fotónicos / Redes neuronales / Aprendizaje automático / IA / Espectroscopia / Fotónica aleatoria / Localización de la luz por Anderson
El Laboratorio Tanabe promueve activamente la investigación en colaboración.

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