Generador de imágenes ópticas unidireccionales diseñado con inteligencia artificial (IA)

Investigadores de la Escuela de Ingeniería Samueli de la UCLA han desarrollado un nuevo material unidireccional para desafiar el paradigma tradicional de la imagen óptica.

Los sistemas ópticos de lentes comúnmente utilizados para imágenes y comunicaciones funcionan bidireccionalmente como un tubo que permite el flujo de fluidos en dos direcciones. Esto es posible porque los materiales y lentes ópticos estándar permiten que la luz viaje en ambas direcciones a través de dispositivos como cámaras.

Investigadores de la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA han desarrollado un nuevo material unidireccional para desafiar el paradigma convencional en imágenes ópticas. Los investigadores utilizaron inteligencia artificial (IA) para diseñar materiales con detalles estructurales inferiores a la longitud de onda. Como resultado, diseñaron un generador de imágenes que solo permite obtener imágenes en una dirección mientras bloquea efectivamente la otra dirección.

Usando tecnología impulsada por IA, múltiples capas transparentes con patrones modulan las ondas ópticas asimétricamente en las direcciones hacia adelante y hacia atrás. Esto da como resultado un generador de imágenes unidireccional que solo produce imágenes desde el campo de visión de entrada al de salida y bloquea el camino inverso. El generador de imágenes unidireccional es funcional bajo luz de banda ancha a pesar de estar entrenado con una sola longitud de onda, y funciona con cualquier orientación de oscilaciones de luz y no se ve afectado por la polarización de la luz. En los experimentos, los investigadores utilizaron radiación de terahercios para demostrar la eficacia del diseño en un generador de imágenes multicapa impreso en 3D.

El equipo también ha desarrollado un segundo generador de imágenes que permite al usuario decidir en qué dirección se bloquea la imagen eligiendo una longitud de onda específica. Las imágenes solo se pueden formar en una longitud de onda de izquierda a derecha, mientras que en otra longitud de onda la dirección inversa es la única forma de ver la imagen. El diseño multiplexado por división de longitud de onda mejora la flexibilidad y la funcionalidad del generador de imágenes unidireccional, convirtiéndolo en un panel de control que gestiona la transmisión de información transportada por ondas de luz.

Los generadores de imágenes unidireccionales son delgados, con un grosor de solo unas pocas decenas de longitudes de onda en el espectro visible, que es el grosor de un sello postal. Pueden funcionar en cualquier punto del espectro electromagnético utilizando varios materiales o sustratos transmisivos. El impacto de estos generadores de imágenes unidireccionales podría ser significativo en varias áreas, como las telecomunicaciones, la defensa y la seguridad.

Referencia: Jingxi Li et al., Imágenes unidireccionales con materiales diseñados para el aprendizaje profundo, avances científicos (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adg1505