Нови оптични влакна прехвърлят десетки хиляди пъти повече информация

Учени от Китай и Австралия разработиха свръхтънко оптично влакно с оптична невронна мрежа, което може да пренася десетки хиляди пъти повече оптична информация от традиционните влакна. Технологията проправя пътя за високоскоростна комуникация, квантова обработка на данните и ендоскопия на мозъка в реално време. За разлика от досега съществуващите методи, устройството анализира светлинните сигнали, без да ги преобразува в електрически, което силно намалява латентността и разходите за енергия. Влакното вече се тества в медицинските заведения – то помага за откриване на лезии в пробите, а в бъдеще ще може да открива туморите в ранен стадий.

Оптичните влакна или оптичните кабели са изработени от тънки пластмасови или стъклени нишки и прехвърлят данните под формата на светлинни импулси. Съществуват два основни вида влакна: едномодови и многомодови. Първите се използват за комуникация на дълги разстояния и високоскоростен пренос, докато вторите се използват за локални мрежи, например в сградите.

Едномодовите влакна предават само една модулирана светлина в даден момент и обикновено използват лазер като източник на светлина. Многомодовите влакна имат по-широка сърцевина, която позволява през тях да преминават няколко модуса светлина от евтини светодиоди, отразяващи се от краищата. По този начин тези влакна силно разсейват светлината и могат да изкривят изпращаната информация.

За възстановяване на изкривените изображения се използват невронни мрежи и пространствени светлинни модулатори. Този процес обаче изисква време, енергия и е съпроводен с изчислителни закъснения, тъй като включва преобразуване на светлинните сигнали в електрически за по-нататъшна обработка от някои ИИ модел.

За да решат тези проблеми, изследователи от Шанхайския университет за наука и технологии, Югоизточния университет в Нанкин и Технологичния университет в Сидни инсталираха дифракционни невронни мрежи с размер на зрънце сол в краищата на тънки многомодови влакна. Това им позволи да анализират и разчитат информация от светлинните сигнали с помощта на оптични методи в реално време.

Свръхтънкото влакно се тества в болница в Хайнан за минимално инвазивна ендоскопия. Невронните мрежи, интегрирани във влакното, помагат за идентифициране на уврежданията в пробите под микроскоп. Това е първата стъпка към опити с животни и хора. Идеята е пациентите да поглъщат безвредни флуоресцентни вещества, които ще накарат целевите органи да светят, което ще позволи на оптичното устройство да открива аномалиите.

Новата технология осигурява по-ясни изображения от сегашното оборудване и ще може да открива дори и малките тумори. Устройството може да бъде интегрирано с алгоритми за дълбоко обучение, за да се подобри точността на диагностиката и да се подпомогне ранното откриване на заболяванията. Това се счита за голям пробив.