Trong một nghiên cứu mới được công bố trên Light: Science & Application, Qian Ma và một nhóm nghiên cứu liên ngành thuộc Phòng thí nghiệm trọng điểm nhà nước, Khoa học và Công nghệ không gian mạng, và Khoa điện tử (Trung Quốc) đã thiết kế một siêu dữ liệu thông minh có khả năng tự thích ứng.
Sử dụng hệ thống cảm biến phản hồi tự động, các metasurface được được gắn các bộ cảm biến bổ trợ bao quanh, có thể tùy chỉnh chức năng hoạt động EM. Để chứng minh khái niệm này, nhóm nghiên cứu đã phát triển thử nghiệm một metasurface thông minh nhạy cảm với chuyển động được tích hợp vào một con quay hồi chuyển ba trục (để đo hoặc duy trì chuyển động quay) với khả năng tự điều chỉnh các chùm bức xạ EM bằng cách quay metasurface này.

Qian Ma và các cộng sự đã phát triển một thuật toán phản hồi trực tuyến cùng với phần mềm tiêu khiển để điều khiển các metasurface thông minh và thực hiện các phản ứng động thích ứng. Họ đã mở rộng các metasurface này để các bộ cảm biến vật lý lập trình có thể phát hiện độ ẩm, nhiệt độ hoặc ánh sáng. Chiến lược thiết kế vật liệu sẽ mở ra một con đường mới để phát triển các thiết bị lập trình tự động có thể cảm nhận và phát hiện chuyển động trong môi trường xung quanh.

Siêu vật liệu có các đặc tính điện từ đáng chú ý nhờ cấu trúc nửa bước sóng và chức năng sắp sếp của chúng. Metasurface có thể vượt qua những thách thức thông thường trong các siêu vật liệu khối do đó có thể xử lý triệt để được sóng EM để định hình mặt sóng, kiểm soát bức xạ và chuyển đổi phân cực.
Do các metasurface có tính linh hoạt nên trước đó nhiều nhóm nghiên cứu đã đề xuất một loạt các ứng dụng liên quan bao gồm tạo ảnh, tàng hình và ảo ảnh, phản xạ và khúc xạ dị thường, và chủ yếu tập trung vào tính điều tiết liên tục trên các metasurface. Để khám phá những triển vọng mới của các metasurface, nhóm nghiên cứu đã đề xuất liên kết vật lý metasurface với khoa học thông tin kỹ thuật số. Để khám phá các khả năng mới của metasurface, các nhà nghiên cứu đã đề xuất các metasurface mã hóa kỹ thuật số bao gồm vật lý, khoa học thông tin và xử lý tín hiệu số. Tuy nhiên, các hệ thống như vậy vẫn phải có sự điều khiển của con người (thủ công).

Trong nghiên cứu hiện tại, Qian Ma cùng các đồng nghiệp đã đề xuất và phát triển một metasurface mã hóa kỹ thuật số thông minh với bề mặt có khả năng tự thích ứng và tái lập trình chức năng. Metasurface sử dụng các bộ điều biến phản hồi riêng biệt cho các vị trí không gian và các thay đổi khác.
Nhóm nghiên cứu tích hợp một cảm biến con quay hồi chuyển, một hệ thống điều khiển thông minh và thuật toán phản hồi nhanh vào thiết lập thử nghiệm để nhận ra các chức năng tự lập trình tự thích ứng mà không cần sự trợ giúp của con người.

Trong thiết lập thử nghiệm, họ đã sử dụng một cảm biến trên metasurface để có thể phát hiện các dấu hiệu đặc biệt xung quanh cấu trúc trong môi trường và chuyển tín hiệu đến một bộ vi điều khiển (MCU). MCU xác định các phản ứng với các biến thể này và sau đó truyền đến các vi mạch dùng cấu trúc mảng phần tử logic mà người dùng có thể lập trình được (FPGA) thông qua các mẫu mã hóa, để thay đổi cấu hình metasurface trong thời gian thực. Các siêu giao diện thông minh có các chức năng tự lập trình tự thích ứng tự động dựa trên hệ thống phản hồi và phần mềm tính toán cảm biến được cài đặt trên bề mặt. Khả năng tương thích bề mặt tuyệt vời của MCU đã cho phép nhóm nghiên cứu của Qian Ma tích hợp một loạt các cảm biến cho những metasurface thông minh này có thể để “cảm nhận” được các mức độ thay đổi khác nhau.

Nghiên cứu này sẽ mở đường cho việc phát triển các siêu giao diện thông minh và nhận diện trong tương lai.