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Des chercheurs ont conçu des métamatériaux capables de résoudre des équations

Des chercheurs ont conçu des métamatériaux capables de résoudre des équations

Les métamatériaux sont des matériaux conçus pour avoir des propriétés que l'on ne trouve pas dans les matériaux naturels. Le domaine consiste à concevoir des structures complexes, dont certaines peuvent manipuler les ondes électromagnétiques.

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Désormais, des chercheurs de la School of Engineering and Applied Science de l'Université de Pennsylvanie ont conçu des métamatériaux capables de résoudre des équations.

Calcul photonique

Appelé «calcul photonique», le processus fonctionnerait en codant des paramètres dans les propriétés d'une onde électromagnétique entrante. L'onde serait ensuite envoyée à travers un dispositif métamatériel.

Une fois à l'intérieur, la structure de l'appareil changerait l'onde de manière à ce qu'elle sorte codée avec la solution d'une équation prédéfinie.

Les chercheurs ont démontré pour la première fois une telle expérience de validation de principe avec des micro-ondes. Mais le projet peut être réduit aux ondes lumineuses afin de tenir sur une micropuce.

Ces dispositifs métamatériaux fonctionneraient comme des ordinateurs analogiques fonctionnant avec de la lumière au lieu de l'électricité. En tant que tels, ils pourraient résoudre des équations beaucoup plus rapidement que leurs homologues numériques, tout en utilisant moins d'énergie.

Fromage suisse

"Notre appareil contient un bloc de matériau diélectrique qui a une distribution très spécifique de trous d'air", a déclaré Engheta, professeur H. Nedwill Ramsey au Département de génie électrique et des systèmes. "Notre équipe aime l'appeler" fromage suisse "."

Ce dispositif de fromage suisse a un modèle de régions creuses qui est mis en place pour résoudre une équation intégrale avec un «noyau» donné. Ce noyau fait référence à la partie de l'équation qui décrit la relation entre deux variables.

"Par exemple, si vous essayez de planifier l'acoustique d'une salle de concert, vous pouvez écrire une équation intégrale dans laquelle les entrées représentent les sources du son, telles que la position des haut-parleurs ou des instruments, ainsi que la puissance de leur jeu. D'autres parties de l'équation représenteraient la géométrie de la pièce et le matériau dont sont faits ses murs. La résolution de cette équation vous donnerait le volume à différents endroits de la salle de concert », a déclaré Brian Edwards, membre du laboratoire.

Dans cette équation intégrale, les caractéristiques de la pièce sont représentées par le noyau de l'équation. C'est cette partie de l'équation que les chercheurs sont capables de représenter de manière physique, grâce à la disposition des trous d'aération du fromage suisse.

"Notre système vous permet de modifier les entrées qui représentent les emplacements des sources sonores en modifiant les propriétés de l'onde que vous envoyez dans le système", a déclaré Engheta, "mais si vous souhaitez modifier la forme de la pièce, par exemple, vous devrez créer un nouveau noyau. "

Leur appareil est déjà très prometteur bien qu'il ait été construit avec des micro-ondes.

«Même à ce stade de la preuve de concept, notre appareil est extrêmement rapide par rapport à l'électronique», déclare Engheta. "Avec les micro-ondes, notre analyse a montré qu'une solution peut être obtenue en des centaines de nanosecondes, et une fois que nous l'avons amenée à l'optique, la vitesse serait en picosecondes."

L'étude est publiée dansScience.


Voir la vidéo: Mise en équation dun problème (Janvier 2022).