Yapay zeka ile metamalzeme ve metayüzey yapılarının tasarımı

Metamalzemeler, doğal yollarla oluşturulamayacak, negatif veya sıfır kırılma indisi, görünmezlik ve perdeleme gibi yeni optik niteliklere sahip malzemelere erişme imkanı sağlayabilmektedir. Metamalzemelere bu özellikleri kazandırabilmek için gerekli Maxwell denklemlerinin çözümü ve süreç optimizasyonunun deneme-yanılma sistemine bağımlı olması insan faktörünün yeteneklerinin kısıtıyla birleşince yeni optik özellikli metamalzemelerin gelişimi yavaş ilerlemekteydi. Son on yılda kripto para evreninin güdümüyle gelişen ekran kartları yapay zeka ve derin öğrenme evrenini geliştirmiştir. Bu gelişim sonlu eleman modelleme, sonlu fark zaman alanı yöntemleri ile geliştirilen algoritmaların derin öğrenme ve yapay zeka uygulamalarıyla hızlandırılmasına ve yeni metamalzeme keşfetme sürecinin hızlanmasına yardımcı olmuştur. Yüksek odaklama verimliliğine sahip geniş bant, düşük indisli lens tasarımına yönelik hedef öncelikli algoritma kullanılarak 3.2um-16um tasarım alanında 10.000 iterasyon yapılarak 1300-1700nm dalga boylarında akromatik lens Lumerical programı ile %80 verimlilik ve 0.7 açıklık ile başarılmıştır. Nano yapının üretim imkansızlığını gidermek için Bruggeman uygulaması yapılarak yine %80 verimlilik ve 0.7 açıklık ile başarılmıştır. Simulasyon verileri 13.300 kat büyütülerek üretilerek test edilmiş ve %65 verimlilik 0.71 Enine Elektrik ve 0.69 Enine Manyetik polarizasyonda başarılmıştır. Yine yüksek indisli lens tasarımı hedef öncelikli algoritma ile yapılmış ve 0.8um-9.6um tasarım alanında 1.2um odak uzaklığı mesafesinde 1.86 açıklık değeri ile tasarlanmış ve tasarım parametrelerinden yalnızca %4 verim farkı ile üretilip denenmiştir. Si02 yüzey üzerine TiO2 silindirler kullanılarak tasarlanmak istenen bir ışın bölücü için Lumerical programıyla 13767 simulasyon bir hafta gibi uzun bir sürede oluşturulmuştur. Bu verilerden 11014'ü derin öğrenme algoritmalarıyla çoğaltılarak Lumerical programında 60 yıl sürecek 6.2milyon veri 1 saat gibi bir sürede oluşturularak silindirik yapıların boyutları belirlenerek ışın bölücü tasarlanmıştır.