دانشمندان چینی ادعا می‌کنند که نوع جدیدی از فیبر نوری فوق نازک ساخته‌اند که می‌تواند تصویربرداری مغز را بهبود بخشد و ارتباطات پرسرعت را تقویت کند.

این فیبر که بر روی یک شبکه عصبی نوری اجرا می‌شود، می‌تواند ده‌ها هزار برابر بیشتر از فیبرهای تک حالته معمولی داده حمل کند.

به نقل از آی‌ای، این فناوری می‌تواند تصویربرداری در لحظه از سلول‌های عصبی مغز را ممکن کند و به پزشکان در تشخیص مؤثرتر بیماری‌ها کمک کند. همچنین می‌توان از آن برای اتصالات اینترنتی سریع‌تر، محاسبات کوانتومی و دستگاه‌های ریزفوتونیک استفاده کرد.

این تحقیق توسط تیم‌هایی از دانشگاه علم و فناوری شانگهای، دانشگاه جنوب شرقی نانجینگ و دانشگاه فناوری سیدنی انجام شد.

فیبر نوری جدید چگونه کار می‌کند؟

فیبرهای نوری ساخته شده از رشته‌های نازک پلاستیک یا شیشه، داده‌ها را به صورت پالس‌های نور با سرعت بالا منتقل می‌کنند و دو نوع اصلی از آنها به نام فیبرهای تک حالته و چند حالته وجود دارد.

فیبرهای تک حالته که برای ارتباطات از راه دور استفاده می‌شوند، در هر بار تنها یک سیگنال نوری را ارسال می‌کنند و معمولاً از لیزر استفاده می‌کنند.

فیبرهای چند حالته دارای هسته گسترده‌تری هستند و به سیگنال‌های نوری متعددی از ال‌ای‌دی‌ها اجازه می‌دهند از آنها عبور کنند. با این حال، این سیگنال‌ها از لبه‌های فیبر خارج می‌شوند که می‌تواند داده‌ها را به هم بزند و مختل کند.

دانشمندان راه‌هایی مانند استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی یا تعدیل‌کننده‌های نور فضایی برای رفع این مشکل دارند، اما این روش‌ها زمان می‌برند و انرژی زیادی مصرف می‌کنند. آنها همچنین قبل از پردازش نیاز به تغییر سیگنال‌های نور به سیگنال‌های الکتریکی دارند که موجب کند شدن کار می‌شود.

محققان برای حل این مشکل، شبکه‌های عصبی پراش کوچکی را به اندازه یک دانه نمک به انتهای فیبرهای چند حالته بسیار نازک اضافه کردند. این شبکه‌ها می‌توانند سیگنال‌های نور را در لحظه و بدون نیاز به توان محاسباتی پیچیده بخوانند و پردازش کنند.

برنامه‌های کاربردی پزشکی و آزمایش‌های آینده

دانشمندان در حال حاضر روی کاربردهای پزشکی این فناوری کار می‌کنند. یو هایویی(Yu Haoyi)، دانشیار دانشکده علوم و فناوری هوش مصنوعی دانشگاه شانگهای گفت که آنها در حال آزمایش این فیبر با همکاری بیمارستانی در جزیره هاینان هستند.

وی افزود: ما شروع به استفاده از شبکه‌های عصبی پراش یکپارچه فیبر برای تشخیص سیگنال‌های نوری کرده‌ایم که ضایعات نمونه‌های به ‌دست ‌آمده از بیمارستان را زیر میکروسکوپ نشان می‌دهند.

وی توضیح داد که این اولین گام برای آزمایش این فیبر جدید در حیوانات و در نهایت در انسان است.

یو افزود: مذاکرات با پزشکان، نکاتی را برای جهت‌گیری تحقیقات ما ارائه کرده است. بیماران می‌توانند مواد بی‌ضرر و درخشانی را بخورند که اندام‌های هدف را درخشان می‌کند و به دستگاه فیبر نوری ما اجازه می‌دهد هر گونه ناهنجاری را تشخیص دهد.

وی همچنین توضیح داد که این فیبر جدید، تصاویر بسیار واضح‌تری نسبت به تجهیزات آندوسکوپی کنونی ارائه می‌کند که می‌تواند به پزشکان کمک کند تومورهای کوچکی را که در غیر این صورت ممکن است نادیده گرفته شوند، شناسایی کنند.

وی در پایان گفت: ما همچنین می‌توانیم این دستگاه را با یک الگوریتم یادگیری عمیق آموزش‌دیده برای شناسایی تغییرات پاتولوژیک برای بهبود دقت غربالگری، تسهیل تشخیص و تشخیص و درمان به ‌موقع ادغام کنیم.