ИИ сокращает проектирование оптических систем с месяцев до миллисекунд

Исследователи из Университета Пенсильвании представили революционный метод проектирования метаповерхностей — искусственных материалов, управляющих светом с помощью наноструктур. Новая технология использует большие языковые модели (LLM) для мгновенного предсказания взаимодействия света с материалом, что сокращает процесс разработки с месяцев до секунд.

Группа исследователей из Пенсильвании разработала подход, интегрирующий искусственный интеллект в проектирование метаповерхностей. Автор: Хуаньшу Чжан.

Традиционное моделирование метаповерхностей требовало глубоких специальных знаний и много времени. Новый подход, описанный в журнале Nanophotonics, позволяет инженерам быстро проектировать эти наноматериалы, просто описывая желаемый результат в виде промпта для ИИ.

«Метаповерхности могут манипулировать поведением света на наноскопическом уровне, что позволяет уменьшить громоздкие оптические системы», — пояснил профессор электротехники Дуг Вернер.

Ранее для каждого проекта требовалось создавать и обучать собственную нейронную сеть, что было долгим и ресурсоёмким процессом. По словам ведущего автора работы, аспиранта Хуаньшу Чжана, использование LLM решает эту проблему: «Мы можем точно предсказать, как метаповерхность будет взаимодействовать со светом за секунды, по сравнению с часами, днями или даже месяцами ранее».

Метод был протестирован на наборе данных из более чем 45 000 случайно сгенерированных проектов метаповерхностей. Прогнозы ИИ оказались высокоточными по сравнению с результатами компьютерного моделирования.

Ключевым преимуществом подхода является возможность эффективного «обратного проектирования» — начиная с желаемых оптических свойств и находя структуру, которая их обеспечивает. Это открывает путь к созданию элементов произвольной формы, которые могут значительно превосходить по эффективности стандартные конструкции.

«Произвольные конструкции позволяют исследователям создавать метаповерхности для конкретных приложений, которые намного превосходят конструкции на основе традиционных форм», — отметил соавтор работы, доцент Лэй Кан.

Исследователи полагают, что их метод может стать новым стандартом в разработке нанофотонных устройств для здравоохранения, обороны, энергетики и потребительской электроники, делая процесс доступным даже для специалистов без глубоких знаний в области ИИ.

Больше информации: Huanshu Zhang et al, Chat to chip: large language model based design of arbitrarily shaped metasurfaces, Nanophotonics (2025). DOI: 10.1515/nanoph-2025-0343

Источник: Pennsylvania State University