Это впервые, когда учёные наделили искусственный интеллект (ИИ) способностью «ощущать» поверхности, открыв новые возможности для применения этой технологии в реальном мире.
Используя квантовую науку, исследователи объединили сканирующий лазер с фотонными импульсами и новый ИИ-модель, обученную различать разные поверхности, изображённые с помощью этих лазеров.
Система, описанная в новом исследовании, опубликованном 15 октября в журнале Applied Optics, направляет серию коротких световых импульсов на поверхность, чтобы её «ощутить», прежде чем рассеянные в обратном направлении фотоны, или частицы света, возвращаются, неся с собой спекл-шум — тип дефекта, который проявляется на изображениях. Обычно считается, что это отрицательно сказывается на визуализации, но в данном случае исследователи обработали шумовые артефакты с помощью искусственного интеллекта, что позволило системе распознать топографию объекта.
«Это слияние ИИ и квантовых технологий», — сказал один из авторов исследования, кандидат наук Дэниэл Тафоне (Daniel Tafone) из Технологического института Стивенса в Нью-Джерси.
Команда использовала 31 разновидность промышленной наждачной бумаги с шероховатостью от 1 до 100 микрометров — при этом самая толстая из них примерно была равна толщине человеческого волоса. Затем исследователи установили лидарную систему, которая использовала лазерный луч с импульсами длительностью в пико-секунды (1 триллион пико-секунд равен 1 секунде).
Световые импульсы проходили через трансиверы, попадали на наждачную бумагу, а затем отражались через систему для анализа ИИ. Обратно рассеивающиеся фотоны приходили с различных точек на поверхности и регистрировались с помощью детектора одиночных фотонов.
Результаты показали среднюю ошибку порядка 8 микрометров, но после того как ИИ смог обработать несколько образцов, ошибка снизилась до 4 микрометров. Это примерно соответствует точности приборов-профилометров, используемых в настоящее время.
«Интересно, что наша система работала лучше всего для самых мелкозернистых поверхностей, таких как алмазная шлифовальная плёнка и оксид алюминия», — добавил Тафоне в заявлении.
Эти материалы часто используются на наждачной бумаге для специфического применения.
Учёные заявили, что новый метод можно использовать в различных областях, включая медицину для определения толщины родинок, которые могут быть предвестниками рака кожи.
«Крошечные различия в шероховатости поверхности, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть человеческим глазом, но которые можно измерить с помощью предлагаемой нами квантовой системы, могут различать эти состояния, — сказал Юпинг Хуан (Yuping Huang), директор Центра квантовых наук и инженерии при Институте Стивенса. — Квантовые взаимодействия предоставляют огромное количество информации, и использование искусственного интеллекта для ее быстрого понимания и обработки является следующим логическим шагом.»
