В Новом физтехе ИТМО создали нейросеть MetaDiT для автоматического проектирования метаповерхностей. Модель генерирует наноструктуры под заданный спектральный отклик и может применяться при разработке компактных линз, оптических сенсоров и интегрально-оптических чипов.
Метаповерхности состоят из множества наноразмерных структур, которые фокусируют луч, меняют его направление или спектральный состав. В перспективе они могут заменить громоздкие линзы и зеркала в камерах, очках виртуальной реальности и медицинских приборах.
Проектировать такие структуры вручную сложно: их свойства зависят от формы, толщины, материала и расположения элементов. Ранние ИИ-помощники ускоряли подбор, но упрощали спектр, упуская мелкие детали, критичные для работы устройств.
Ученые из ИТМО представили модель MetaDiT, которая призвана решить эту проблему. MetaDiT генерирует как двумерную топологию наноструктуры, так и ее физические параметры — толщину, период и показатель преломления. Процесс генерации описывается в два этапа: сначала модель обрабатывает график желаемого спектрального отклика — со всеми пиками и провалами, — после чего начинает с хаотичной заготовки и итеративно трансформирует её в четкий узор. Для сохранения точности авторы заложили в архитектуру два уровня управления: грубый, отвечающий за общую картину, и тонкий, удерживающий локальные особенности спектра.
Согласно представленным сравнительным тестам, MetaDiT демонстрирует меньшую погрешность при воспроизведении заданных спектров по сравнению с ранними моделями, а также обеспечивает стабильность результатов при многократных запусках. Генерация ведется на уровне отдельной элементарной ячейки, из которой впоследствии собирается массив для конкретного устройства, например линзы или фильтра.
В перспективе ученые планируют внедрить в модель ограничения, связанные с реальными технологическими процессами производства — минимальные размеры элементов и чувствительность к дефектам. Также в планах переход от проектирования отдельных ячеек к полным устройствам, таким как плоские линзы и оптические сенсоры, с последующей экспериментальной проверкой изготовленных образцов в лабораторных условиях.