基于深度学习的新一代智能隐身器件

光学领域顶尖期刊《自然·光子学》报道了浙江大学信息与电子工程学院陈红胜教授课题组的一项最新研究：在国际上率先实现基于深度学习的新一代智能隐身器件。

在不依赖任何人为操控的情况下，

快速地动态适应变化的背景环境，

从而与背景电磁环境特征融为一体，

实现自适应隐身。

论文审稿专家认为：“这是一项激动人心的、

及时而杰出的工作，

它连接了变换光学、

电磁超材料和人工智能等领域，

为智能光子材料和器件这个新兴领域树立了很好的标杆，

也将大大促进其他智能电磁器件的发展。

”

自然界存在两种“隐身”策略。

一种是在变色龙和章鱼生物中常见的拟态隐身，

使自己融于周边环境；另一种是透明隐身，

即光透过物体时不产生任何散射，

例如海樽和水母。

科学家近年来提出的变换光学隐身方法则区别于上述两种策略，

它利用坐标变换的方法来控制电磁波，

使其绕过被隐身的区域，

按照原来的方向传播，

从而使物体完全隐形。

与自然界的“隐身衣”相比，

人类的“隐身衣”多数只能工作在单一的环境背景和既定的入射波条件。

如果稍加改变外界环境或者入射波，

隐身效果便会大幅度降低。

“理想的隐身衣应该和章鱼和变色龙一样，

能够快速自动地适应于变化的外界刺激和背景环境。

”陈红胜说。

如何才能实现这一点？“章鱼有色素细胞，

我们有可重构的新型人工电磁材料单元；章鱼有中枢神经，

我们有深度学习方法；章鱼有光敏细胞，

我们可以搭建电磁波和环境探测器。

”论文第一作者、

课题组成员钱超说。

当前，

深度学习已经开始渗入电磁材料领域，

但是主要偏重于理论上设计优化人工电磁材料。

如何在实验上实现新型的智能电磁材料、

构建新一代智能隐身系统并实现快速有效的自适应隐身，

是一个极具挑战的课题，

在此之前还未见成功实验的报道。

经过三年多的不懈努力，

陈红胜研究团队组在充分研究隐身领域关键技术瓶颈的基础上，

在微波段成功实现了智能自适应隐身器件。

研究团队设计了一项小车智能隐身实验——小车身披一层超薄的可重构的超表面隐身材料，

这件“隐身衣”由智能芯片控制，

集成了训练好的深度学习模型，

能够根据输入的电磁信息快速做出决策，

改变“隐身衣”的电磁响应。

探测雷达随机改变着入射波的频率、

极化和入射角，

而小车的任务就是动态适应变化的探测信号，

对雷达“隐身”。

当环境发生变化，

变色龙大约需要6秒时间过度到环境色；而当电磁环境发生变化时，

披着智能隐身衣的小车只需要15毫秒就能自动地实时“换装”。

陈红胜教授表示，

智能隐身成功地融合了新型电磁材料和人工智能等领域，

其采用硬件手段实现用于隐身调控的深度学习模型，

在应用中只需单次前向计算即可做出合理的决策，

大大地缩短了响应时间，

这一方法对于实时性要求很高的其他应用也有很好的借鉴意义