هوش مصنوعی محققان ایرانی نانو ساختارهای فوتونیک را متحول کرد - وبلاگ زرسید

به گزارش وبلاگ زرسید به نقل از ادونسد ساینس، گروهی از محققان ایرانی در انستیتو فناوری جورجیا (جورجیا تک) با استفاده از هوش مصنوعی روش جدیدی در دستیابی به چشم اندازی ارزشمند درباره نانوساختارهای فوتونیک ارائه کردند. هوش مصنوعی قادر است نور را برای کاربردهای مختلف مانند تولید سیگنال، ارتباطات و محاسبات دستکاری کند. این تحقیق اخیرا در نشریه Advanced Intelligent Systems منتشر شده است.

هنگامیکه نور از این نانوساختارها می گذرد، اثر جمعی بسیاری از نانوعنصرها تغییرات مهمی در خصوصیات طیفی یا مکانی نور ایجاد می نماید.

با گزینش مناسب ویژگی های هندسی این نانو ساختارها، طیف وسیعی از ویژگی های سطح سیستم را می توان به وجود آورد (مانند فیلتر کردن، لنزینگ، تبدیل فرکانس).

این درحالی است که بیشتر تحقیقاتی که از هوش مصنوعی در حوزه نانوفتونیک استفاده نموده اند، روی طرح و ارتقای نانوساختارها متمرکز هستند مانند کشف ویژگی های هندسی متا اتم ها. به همین دلیل روش جدید محققان ایرانی با یاری هوش مصنوعی سعی دارد ویژگی های فیزیکی نانوساختارها را درک کند.

روش جدید محققان ایرانی در دو مرحله اجرایی می گردد. در مرحله نخست، ارتباط میان ورودی و خروجی نانوساختار، با کاهش ابعاد آن به صورت ساده ارائه می گردد. فشرده سازی اطلاعات حاصل از واکنش این نانوساختار با استفاده از الگوریتمی به نام خودرمزگذار (autoencoder) موجب می گردد تا ارتباط به شکل ساده تری شکل بگیرد. خودرمزگذار، یک شبکه عصبی مصنوعی است که از آن برای رمزگذاری استفاده می گردد.

در مرحله دوم، واکنش های ناشی از یک مجموعه گسترده نانوساختارهایی که ویژگی های هندسی آنها به طور تصادفی انتخاب شده، در فضایی با ابعاد کاهش یافته به کار می فرایند. هدف آن است که در این فضا با ابعاد کاهش یافته یک متغیر پنهان کشف گردد که شامل همه واکنش های امکان پذیر را از نانوساختار مورد نظر با کمترین میزان خطا باشد.

درهمین راستا یک الگوریتم پیچیده تر به نام SVM نیز برای اطمینان در خصوص امکان پذیری یک واکنش استفاده می گردد.

یاشار کیارشی نژاددانشجوی ایرانی مقطع دکتری موسسه فناوری جورجیا در این باره می گوید: استفاده از SVM برای ارزیابی امکان پذیر بودن واکنش سطح منتخبی از نانوساختارها، پیش از فرآیند طراحی متمرکز محاسباتی می تواند به صرفه جویی در زمان و اجتناب از یک طراحی نامطلوب منجر گردد.

یکی از جنبه های اصلی این روش، آموزش بخش های متفاوت این الگوریتم است که با شبیه سازی حدود 1000 نانوساختار از طریق نرم افزار تجاری صورت می گیرد. محمدرضا زنده شاهوار یکی از مولفان این پژوهش نیز می گوید: ما با استفاده از یک روش تکرارپذیر، می توانیم فرآیند آموزش را تنظیم کنیم.

این الگوریتم پس از آموزش با واکنش های ممکن و غیرممکن آزمایش می گردد تا از دقت ارزیابی ها اطمینان حاصل گردد.

محققان روش مورد نظر خود را با آنالیز ساختارها در سطوح متفاوت پیچیدگی مورد آنالیز قرار دادند. هدف از این کار، نشان دادن امکان استفاده از این روش برای ساده سازی طراحی یک نانوساختار با واکنش مطلوب است.

سجاد عبدالله رمضانی یکی دیگر از پژوهشگران این تحقیق می گوید: ما معمولا از حداکثر توانایی خود برای انتخاب یک ساختار استفاده می کنیم تا به واکنش مورد نظر برسیم. این کار منجر به فراوری ساختارهای پیچیده می گردد. روش ما می تواند برای ساده سازی طراحی ساختار به کار برود.

این روش، چشم اندازهای مختلفی را در امکان پذیر ساختن واکنش حاصل از یک نانوساختار ارائه می دهد. محقق دیگر این پروژه، امید همت یار نیز می گوید: این روش می تواند هدایت برای تغییر ساختار باشد تا یک واکنش غیرممکن را امکان پذیر کند یا یک طراحی پایدارتر برای تغییرات محیطی و یا تغییرات ناشی از ساخت ارائه دهد.

این روش می تواند برای دستیابی به اطلاعات بیشتری در خصوص مکانیسم های فیزیکی مربوط به تعامل نور با نانوساختارهای فوتونی گسترش یابد و گروه جدیدی از نانوساختارها را شکل دهد که می توانند عملنمودهای جدیدی داشته باشند.

علی ادیبی، محقق ارشد این پژوهش و استاد دانشکده مهندسی الکترونیک و رایانه جورجیا تک می گوید: این پژوهش فقط بخش کوچکی از کل فعالیت ما است. به کار بردن این اطلاعات می تواند به یادگیری ویژگی های اصلی نانوساختارها و شکل گیری واکنش های متفاوت و همچنین تکامل یک نانوساختار جدید با کاربرد مطلوب منجر گردد.