Metassuperfa­cies compactas e leves osque usam nanoestruturas especificamente projetadas e padronizadas em umasuperfÍcie plana para focar, moldar e controlar a luz ossão uma tecnologia promissora para aplicações vesta­veis, especialmente sistemas de realidade virtual e aumentada. Hoje, as equipes de pesquisa projetam meticulosamente o padrãoespeca­fico de nanoestruturas nasuperfÍcie para alcana§ar a função desejada da lente, seja resolvendo recursos em nanoescala, produzindo simultaneamente várias imagens de percepção de profundidade ou focalizando a luz, independentemente da polarização.

Se os metalens forem usados ​​comercialmente em sistemas AR e VR, eles precisara£o ser ampliados significativamente, o que significa que o número de nanopilares estara¡ na casa dos bilhaµes. Como os pesquisadores podem projetar algo tão complexo? a‰ aa­ que entra a inteligaªncia artificial.

Em um artigo recente, publicado na Nature Communications , uma equipe de pesquisadores da Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) e do Massachusetts Institute of Technology (MIT) descreveu um novo manãtodo para projetar metasuperfa­cies em grande escala que utiliza técnicas de inteligaªncia de ma¡quina para gerar projetos automaticamente.

"Este artigo estabelece as bases e a abordagem de design que pode influenciar muitos dispositivos do mundo real", disse Federico Capasso, professor de física aplicada de Robert L. Wallace e pesquisador saªnior de engenharia elanãtrica da SEAS e autor saªnior do artigo. “Nossos manãtodos permitira£o novos projetos de metasuperfa­cie que podem causar impacto na realidade virtual ou aumentada, carros auta´nomos e visão de ma¡quina para sistemas embarcados e satanãlites”.

Atéagora, os pesquisadores precisavam de anos de conhecimento e experiência na área para projetar uma metasuperfa­cie.

“Fomos guiados pelo design baseado na intuição, confiando fortemente no treinamento em física, que foi limitado no número de parametros que podem ser considerados simultaneamente, limitados como somos pela capacidade da memória de trabalho humana”, disse Zhaoyi Li, pesquisador associado da SEAS e coautor principal do artigo.

Para superar essas limitações, a equipe ensinou a um programa de computador a física do projeto de metasuperfa­cies. O programa usa a base da física para gerar projetos de metasuperfa­cie automaticamente, projetando milhões a bilhaµes de parametros simultaneamente.

Este éum processo de design inverso, o que significa que os pesquisadores comea§am com uma função desejada do metalens - como uma lente que pode corrigir a aberração croma¡tica - e o programa encontra as melhores geometrias de design para atingir esse objetivo usando seus algoritmos computacionais.

“Deixar um computador tomar uma decisão éinerentemente assustador, mas demonstramos que nosso programa pode funcionar como uma baºssola, apontando o caminho para o design ideal”, disse Raphaa«l Pestourie, associado de pa³s-doutorado no MIT e coautor principal do artigo. “Além disso, todo o processo de design leva menos de um dia usando um laptop de CPU única, em comparação com a abordagem anterior, que levaria meses para simular uma única metasuperfa­cie de 1 cm de dia¢metro trabalhando no espectro de luz visível”.

“Este éum aumento de ordens de magnitude na escala de design inverso para dispositivos fota´nicos nanoestruturados , gerando dispositivos com dezenas de milhares de comprimentos de onda de dia¢metro em comparação com centenas em trabalhos anteriores, e abre novas classes de aplicações para descoberta computacional”, disse Steven G. Johnson, Professor de Matema¡tica Aplicada e Fa­sica no MIT e coautor correspondente do artigo.

Com base na nova abordagem, a equipe de pesquisa projetou e fabricou uma meta-ocular RGB-acroma¡tica em escala de centa­metros, insensa­vel a  polarização, para uma plataforma de realidade virtual (VR).

“Nossa plataforma VR apresentada ébaseada em uma meta-ocular e um micro-LCD retroiluminado a laser, que oferece muitos recursos desejáveis, incluindo compactação, peso leve, alta resolução, ampla gama de cores e muito mais”, disse Li. “Acreditamos que a metasuperfa­cie, uma forma de a³ptica plana , abre um novo caminho para remodelar o futuro da VR”.

A pesquisa écoautoria de Joon-Suh Park e Yao-Wei Huang.