Алгоритмы на основе нейросетей научили лазерные лучи обходить турбулентные зоны в динамических средах

Технология адаптируется к динамике атмосферы и тканей без предварительных данных о структуре среды

Учёные из Университета Эксетера (Великобритания) открыли новый способ управления световыми пучками в динамически рассеивающих средах, таких как турбулентная атмосфера или живые ткани.

Исследование демонстрирует, как можно формировать лазерные лучи, делая их устойчивыми к движению материала, через который они распространяются. Эта технология обещает прорыв в повышении разрешения биомедицинской визуализации и скорости передачи данных в оптических системах связи.

Когда лазерный луч проходит через движущуюся среду, рассеяние света постоянно меняется во времени. Это искажает информацию, переносимую излучением, что создаёт проблемы для визуализации и оптической передачи данных. Классический пример — мерцание звёзд, вызванное неоднородным рассеянием их света в земной атмосфере. Однако, как выяснилось, даже в динамических средах существуют области с разной скоростью движения. «Проблема в том, что мы не знаем, где именно расположены эти зоны внутри среды, будь то турбулентная атмосфера или живая ткань, — пояснил руководитель исследования, профессор Дэвид Филлипс. — Поэтому мы разработали методы, которые автоматически находят наиболее стабильные участки и направляют свет именно через них».

Для поиска «скрытых каналов» с минимальными флуктуациями учёные использовали подходы, вдохновлённые обучением искусственных нейронных сетей. Алгоритмы анализировали множество возможных форм лазерных пучков, быстро выбирая те, что обеспечивали наименьший уровень временных искажений. В результате световые лучи огибали быстро движущиеся области, концентрируясь в статичных или медленно меняющихся зонах. «Эффективность метода превзошла ожидания, — отметил Филлипс. — Это открывает перспективы для целого спектра технологий, от медицинской диагностики до коммуникаций».

Команда уже исследует возможности применения метода в гибких микроэндоскопах для высокоточной визуализации тканей и оптических системах передачи данных, где стабильность сигнала критически важна. Проект реализуется группой Structured Light под руководством Филлипса.

Уникальность подхода — в его универсальности. Технология не требует предварительных данных о структуре среды, адаптируясь к её динамике в реальном времени. Это позволяет избежать традиционных ограничений, связанных с шумами и искажениями, и может стать основой для следующего поколения устройств — от компактных медицинских сканеров до спутниковых систем связи, работающих сквозь атмосферные помехи.