เว็บสล็อต , สล็อตแตกง่าย เรโซเนเตอร์นาโนกลไกใหม่ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากโครงสร้างของใยแมงมุมสามารถใช้ในเซ็นเซอร์ควอนตัมเพื่อตรวจจับแรงขนาดเล็กพิเศษ เช่น แรงโน้มถ่วง เครื่องสะท้อนเสียงซึ่งได้รับการออกแบบโดยใช้การเรียนรู้ของเครื่อง ทำงานที่อุณหภูมิห้อง – เป็นครั้งแรกสำหรับอุปกรณ์ประเภทนี้ เครื่องสะท้อนเสียงนาโนคือลำแสงสั่นขนาดเล็กที่สั่นที่ความถี่เรโซแนนซ์สูงมาก
ซึ่งมักอยู่ในช่วงเมกะเฮิรตซ์หรือกิกะเฮิรตซ์
พวกมันถูกใช้ในแอพพลิเคชั่นต่างๆ รวมถึงโทรคมนาคม และยังสามารถใช้เพื่อตรวจจับและกำหนดมวลของวัตถุขนาดเล็ก เช่น โมเลกุลดีเอ็นเอเดี่ยวหรือไวรัส พวกเขาทำงานบนหลักการที่ว่าเมื่อใดก็ตามที่อนุภาคขนาดเล็กถูกดูดกลืนเข้าสู่ลำแสง ความถี่ที่ลำแสงสั่นสะเทือนจะเปลี่ยนแปลงไปในลักษณะที่สามารถตรวจสอบและใช้ในการคำนวณมวลของอนุภาคได้
อย่างไรก็ตาม ความไวสูงเป็นพิเศษของอุปกรณ์เหล่านี้สามารถต้านทานได้ เนื่องจากทำให้ไวต่อสัญญาณรบกวนจากความร้อนโดยรอบอย่างมาก ด้วยเหตุนี้ เรโซเนเตอร์ดังกล่าวจึงต้องถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ (–273.15 °C) เพื่อตอบโต้การสั่นสะเทือนที่ไม่ต้องการเหล่านี้
ทีมนักวิจัยจากTU Delftในประเทศเนเธอร์แลนด์ได้สร้างเครื่องสะท้อนเสียงที่ทำงานที่อุณหภูมิห้องด้วยการแยกเสียงรบกวนจากภายนอกได้อย่างดีเยี่ยม การออกแบบของอุปกรณ์ใหม่ได้รับแรงบันดาลใจจากโครงสร้างของใยแมงมุม ซึ่งเป็นหนึ่งในเครื่องตรวจจับการสั่นสะเทือนที่ดีที่สุดในธรรมชาติ
ด้ายไหมแมงมุมมีความเหนียวและแข็งมาก
โดยมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักเทียบเท่าเหล็ก พวกมันสามารถทนต่อแรงกระแทกขนาดใหญ่ในขณะที่ยังคงไวพอที่จะตรวจจับและดักจับแมลงบินขนาดเล็ก สิ่งสำคัญที่สุดคือพวกมันยังไวต่อการสั่นสะเทือนที่เล็ดลอดออกมาจากภายในเว็บมากกว่าจากการรบกวนการสั่นสะเทือนในสภาพแวดล้อมโดยรอบเช่นลม
Richard Norteผู้ร่วมเป็นผู้นำการศึกษาใหม่ร่วมกับMiguel Bessaกล่าวว่าพฤติกรรมที่เป็นเอกลักษณ์นี้เป็นผลมาจากวิวัฒนาการนับล้านปี จึงเป็นจุดเริ่มต้นที่ดีสำหรับอัลกอริธึมการเรียนรู้ด้วยเครื่องเพื่อออกแบบเซนเซอร์ระดับนาโน
การใช้ประโยชน์จากการเพิ่มประสิทธิภาพแบบเบย์
นักวิจัยได้เลือกวัสดุตัวสะท้อนเชิงกลที่เป็นที่นิยม ได้แก่ ซิลิกอนไนไตรด์ (Si 3 N 4 ) สำหรับเซ็นเซอร์ พวกเขาใช้อัลกอริธึมที่เรียกว่า Bayesian Optimization เพื่อค้นหาการออกแบบใยแมงมุมที่ดีอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ โดยในตอนแรกระบุว่าโปรแกรมการเรียนรู้ด้วยเครื่องควรพิจารณาอุปกรณ์ที่ทำจากแผ่น Si 3 N 4 ที่มีความหนา 20 นาโนเมตร โดยแขวนไว้อย่างอิสระตลอดความยาว หลายมิลลิเมตร
แปลกใจที่พวกเขาพบว่าอัลกอริทึมเสนอเว็บที่ค่อนข้างตรงไปตรงมาซึ่งประกอบด้วยสตริงเพียงหกสายที่ประกอบขึ้นด้วยวิธีง่ายๆ ยังดีกว่าการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ของทีมแสดงให้เห็นว่าอุปกรณ์จะทำงานที่อุณหภูมิห้องเนื่องจากมีปัจจัยด้านคุณภาพทางกลสูงซึ่งเป็นอัตราส่วนของพลังงานที่เก็บไว้ในเครื่องสะท้อนเสียงต่อพลังงานที่กระจายไปในวงจรการแกว่งหนึ่งรอบ
ปัจจัยด้านคุณภาพนี้ ซึ่งแสดงว่า Q mมีค่าเกินหนึ่งพันล้าน
ในช่วงอุณหภูมินี้ ต้องขอบคุณกลไก “torsional soft-clamping” ที่แยกโหมดการสั่นสะเทือนของอุปกรณ์ออกจากสภาพแวดล้อมทางความร้อน และถูกค้นพบโดยอัลกอริธึมการปรับให้เหมาะสมที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูล
“สิ่งที่น่าสนใจคืออัลกอริธึมการเรียนรู้ด้วยเครื่องจะอาศัยกลไกการสั่นสะเทือนแบบบิดซึ่งถูกใช้โดยใยแมงมุมในธรรมชาติเมื่อตรวจจับเหยื่อ แม้ว่าอัลกอริธึมนี้ไม่มีความรู้มาก่อนว่าใยแมงมุมทำงานอย่างไร” พวกเขาอธิบาย จากนั้นนักวิจัยจึงสร้างเซ็นเซอร์ในโลกแห่งความเป็นจริงโดยใช้การออกแบบที่ได้รับการปรับปรุงนี้ ตั้งค่าให้สั่นด้วยสเตจเพียโซอิเล็กทริก และใช้ออปติคัลอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์เพื่อวัดเวลาที่ใช้ในการหยุดการสั่นสะเทือน การวัดแบบ “ringdown” เหล่านี้ให้ข้อมูลเกี่ยวกับอัตราการสลายตัวของแอมพลิจูดของเรโซเนเตอร์ และอัตราที่พลังงานจะกระจายไป – ค่าที่ใช้ในการคำนวณ Q mของมัน
นักวิจัยรายงานว่าแทบไม่มีพลังงานสูญหายไปนอก “ใยแมงมุม” ที่ใช้ไมโครชิป “การสั่นสะเทือนเคลื่อนที่เป็นวงกลมจากด้านในและไม่แตะต้องภายนอก” Norte อธิบาย “มันเหมือนกับการผลักใครซักคนบนชิงช้าและให้พวกเขาแกว่งไปมาเกือบศตวรรษโดยไม่หยุด”
ขยายไปสู่รูปทรงอื่นๆอุปกรณ์ใหม่นี้สามารถใช้เพื่อค้นหาสสารมืดหรือโพรบแรงขนาดเล็กพิเศษ เช่น แรงโน้มถ่วงที่ยากต่อการวัด นักวิจัยกล่าว ในขณะที่การออกแบบเบื้องต้นของพวกเขาใช้ซิลิกอนไนไตรด์ พวกเขาเชื่อว่าแนวทางของพวกเขาสามารถขยายไปสู่วัสดุอื่นๆ เช่น เพชร แกลเลียมอาร์เซไนด์ ซิลิกอนคาร์ไบด์ อินเดียมแกลเลียมฟอสไฟด์แก้วซิลิกาหลอมรวม ซิลิคอน ฟอสฟอรัสคาร์ไบด์ และแม้กระทั่งฟิล์มตัวนำยิ่งยวด การใช้แมชชีนเลิร์นนิงเพื่อออกแบบอุปกรณ์ดังกล่าวเป็นเพียงก้าวแรกสู่การพัฒนาเครื่องสะท้อนเสียงนาโนรุ่นต่อไป นักวิจัยกล่าวเสริม และอาจขยายไปสู่รูปทรงอื่นๆ นอกเหนือจากการออกแบบที่คล้ายใยแมงมุมคิวบิตนาโนกลศาสตร์อาจมีความเสถียรสูง
กระตุ้นด้วยผลลัพธ์ของพวกเขาตอนนี้ทีมวางแผนที่จะพัฒนาอัลกอริธึมการเรียนรู้ด้วยเครื่องใหม่เพื่อออกแบบโครงสร้างนาโนแบบออปติคัลมากกว่าแค่กลไก “โครงสร้างเหล่านี้จะใช้ในการแก้ปัญหาทางฟิสิกส์อื่นๆ เช่น การสร้างแสงเรือที่เดินทางด้วยความเร็วหนึ่งในสี่ของแสง” Bessa และ Norta บอกกับPhysics World “พวกเขาต้องการการออกแบบที่รอบคอบซึ่งช่วยให้มีน้ำหนักเบาเป็นพิเศษและสะท้อนแสงได้สูง ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะที่ยากต่อการเข้าถึงไปพร้อม ๆ กัน” เว็บสล็อต , สล็อตแตกง่าย
