Dans un nouvel article publié dans Lumière :science et applications , un groupe dirigé par le professeur Andrea Fratalocchi du Primalight Laboratory of the Computer, Division des sciences et de l'ingénierie électriques et mathématiques (CEMSE), Université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST), Arabie Saoudite, introduit un nouveau brevet, technologie d'optique plate évolutive fabriquée avec des semi-conducteurs bon marché.

La technologie conçue par KAUST s'appuie sur un aspect auparavant non reconnu des nanorésonateurs optiques, dont il est démontré qu'ils possèdent une couche physique qui est complètement équivalente à un réseau de neurones profonds à anticipation.

"Ce que nous avons réalisé, " explique Fratalocchi, "est un procédé technologique pour recouvrir des surfaces planes, qui dans le jargon optique sont appelés « optiques plates », ' avec des unités neuronales « physiques » capables de traiter la lumière comme le fait un réseau neuronal avec un signal électrique."

Ces optiques plates innovantes atteignent des efficacités proches de l'unité (jusqu'à 99%) dans le domaine visible des surfaces ultrafines, qui fournit un contrôle de la lumière à large bande et vectorielle en transmission et en réflexion avec la forme de front d'onde souhaitée. De plus, la surface de silicium de forme nanométrique est ultrafine (60 nanomètres d'épaisseur, 1 nm=1/1000000 de 1mm) et peut être personnalisé sur des surfaces souples.

Le programme utilisé pour concevoir la nanosurface fonctionne sur le supercalculateur Shaheen-II de KAUST, un Cray XC40 délivrant plus de 7,2 Pflop/s de performances théoriques de pointe, et est réalisé avec le logiciel Autonomous Learning Framework for Rule-based Evolutionary Design développé par Fratalocchi et son équipe.

« Nous avons développé un programme qui utilise l'intelligence artificielle pour concevoir les nanorésonateurs. L'algorithme fonctionne en utilisant des techniques évolutives :en termes simples, l'algorithme est capable de s'entraîner et améliore ses résultats après chaque cycle pour produire des surfaces d'une efficacité croissante à chaque fois qu'il est exécuté. Dans notre article, nous avons montré des composants expérimentaux avec de meilleures performances que l'état de l'art actuel en optique plate ou à partir de dispositifs commerciaux disponibles auprès de sociétés leaders, comme Thorlabs et Newport."

L'équipe de recherche KAUST envisage actuellement d'utiliser l'optique plate pour développer de nouveaux dispositifs plats qui pourraient révolutionner les anciennes technologies basées sur l'optique en vrac. Parmi les nouveautés, Fratalocchi et son équipe construisent une caméra à œil humain, un biocapteur capable de « lire » les cellules infectées par le paludisme et de nouveaux types d'écrans.

"Il y a vraiment une infinité d'applications, " explique Fratalocchi, « car presque tous les systèmes de mesure existants, en principe, pourraient être remplacés par leur rapport coût-efficacité, versions compactes à optique plate. Nous développons une approche d'apprentissage statistique qui, pour une tâche de mesure donnée, conçoit une surface plane correspondante qui code la mesure en une seule image optique, ou logogramme. Avec cette approche, l'ensemble du domaine de la détection et de la métrologie pourrait devenir un traitement du langage naturel basé sur des logogrammes non linéaires."

"L'un de nos projets en cours est une caméra plate qui peut voir encore mieux que l'œil humain, qui est limité en utilisant seulement trois récepteurs primaires pour la vision des couleurs. Nous pouvons également miniaturiser n'importe quel composant, peu importe son encombrement, " ajoute Fratalocchi. " Le concept clé ici est qu'un réseau de neurones est un approximateur universel qui peut apprendre n'importe quelle fonction. Pour cette raison, nous pouvons former nos optiques plates pour effectuer n'importe quelle tâche, ou une séquence de tâches actuellement exécutées par des systèmes électroniques, juste dans moins d'espace et à la vitesse de la lumière."

« Avec un financement et des ressources appropriés, " conclut Fratalocchi, « dans cinq à dix ans, la plupart des technologies encombrantes d'aujourd'hui seront réduites au format de poche, avec une révolution similaire à celle que l'électronique a connue à la fin du siècle dernier."