ICC訊 近日,廈門大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院陳煥陽教授團(tuán)隊(duì)提出了運(yùn)用遺傳算法設(shè)計(jì)隱身器件的方案,并成功設(shè)計(jì)出可作用于微波頻段和太赫茲頻段的隱身器件。相關(guān)成果發(fā)表于《物理評論E》。
隱身是指物體對人眼或電磁探測不可見的現(xiàn)象。隨著變換光學(xué)理論的不斷發(fā)展,科研人員通過操縱光和物質(zhì)相互作用來實(shí)現(xiàn)物體隱身逐漸成為可能,但要想在現(xiàn)實(shí)中設(shè)計(jì)出完美的隱身器件,仍存在巨大挑戰(zhàn)。
此次研究中,科研人員將人工智能算法與傳統(tǒng)電磁理論相結(jié)合,通過機(jī)器學(xué)習(xí)來探索光子器件的隱身性能,在最小化人為干預(yù)前提下,找到了針對多種散射體隱身器件的設(shè)計(jì)最優(yōu)解。
“我們用到的設(shè)計(jì)隱身器件的遺傳算法是一種受到生物進(jìn)化啟發(fā)的學(xué)習(xí)方法。該算法通過模擬自然進(jìn)化過程搜索最優(yōu)解?!标悷柋硎?。該研究將隱身器件的最小化散射截面設(shè)為優(yōu)化目標(biāo),將隱形器件的幾何結(jié)構(gòu)、材料及工作波長這些變量定義為遺傳算法中的個(gè)體染色體。優(yōu)化過程從隨機(jī)生成由隱身器件組成的種群開始,通過解析計(jì)算每個(gè)隱身器件對應(yīng)的散射截面,運(yùn)用遺傳算法進(jìn)行選擇、交叉和變異等操作,選擇最優(yōu)個(gè)體參與下一代繁殖,并重復(fù)該過程直至找到全局的最優(yōu)方案。
研究人員用該方法分別設(shè)計(jì)了可作用于微波頻段與太赫茲頻段的雙層圓柱隱身器件。仿真過程顯示,隨機(jī)初始化的隱身器件一般散射較強(qiáng)。隨著進(jìn)化過程的進(jìn)行,散射逐漸變?nèi)踝罱K實(shí)現(xiàn)了隱身。此次研究發(fā)現(xiàn),六角氮化硼、射頻材料等天然材料及其層狀結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)多頻甚至寬頻隱身。此外,研究還首次發(fā)現(xiàn)雙曲色散材料或雙曲超材料也能實(shí)現(xiàn)隱身,突破了此前變換光學(xué)的認(rèn)知。
此次研究的成果打破了變換光學(xué)理論對于隱身器件設(shè)計(jì)的限制,為設(shè)計(jì)多頻甚至寬頻隱身器件提供了較為高效而實(shí)用的方法,有望加速推動(dòng)隱身器件從理論走向應(yīng)用。