برای عضویت در خبرنامه روزانه ایستنا؛ نشانی پست الکترونیکی خود را در فرم زیر وارد نمایید. پس از آن به صورت خودکار ایمیلی به نشانی شما ارسال میشود، برای تکمیل عضویت خود و تایید صحت نشانی پست الکترونیک وارد شده، می بایست بر روی لینکی که در این ایمیل برایتان ارسال شده کلیک نمایید. پس از آن پیامی مبنی بر تکمیل عضویت شما در خبرنامه روزانه ایستنا نمایش داده میشود.
توسعه پرتوهای بی‌سیم با توانایی عبور از موانع به کمک دانشمند ایرانی
منبع: ایسنا
دانشمندان «دانشگاه پرینستون»(Princeton) با همکاری «یاسمن قاسم‌پور»، دانشمند ایرانی این دانشگاه، پرتوهای بی‌سیمی را توسعه دادند که از موانع عبور می‌کنند و شبکه‌ای را با سرعت بالا و بدون وقفه شکل می‌دهند.
پرتوهای بی‌سیم فوق سریع یک نقطه ضعف دارند؛ آنها نمی‌توانند از دیوارها عبور کنند. همان طور که مهندسان برای مدیریت تقاضاهای بزرگ درباره داده‌های واقعیت مجازی و خودروهای خودران به طیف «زیرتراهرتز»(Sub-terahertz) روی می‌آورند، حتی یک قفسه کتاب یا عبور یک نفر می‌تواند سیگنال را مسدود کند و باعث از دست رفتن داده‌ها شود. «زیرتراهرتز» به بخشی از طیف الکترومغناطیسی گفته میشود که فرکانسی بین امواج میلی‌متری و تراهرتز دارد.
به نقل از آی‌ای، اکنون دانشمندان «دانشگاه پرینستون»، سامانه‌ای را توسعه داده‌اند که به این پرتوهای فرکانس بالا اجازه می‌دهد تا در اطراف موانع خم شوند و جریان داده را حتی در شلوغ‌ترین محیط‌ها نیز حفظ کنند. آنها یک شبکه عصبی ایجاد کردند که «پرتوهای بی‌سیم ایری»(Airy) را آموزش می‌دهد تا در لحظه از موانع عبور کنند و جریان داده را در محیط‌های داخلی حفظ کنند.
این پژوهش از ترکیب علم فیزیک و یادگیری ماشینی برای ایجاد پرتوهای ایری استفاده می‌کند. پرتوهای ایری، مسیرهای انتقال منحنی ایجاد می‌کنند که می‌توانند به جای برخورد با اشیاء، در اطراف آنها حرکت کنند. این پرتوها که اولین بار در سال ۱۹۷۹ مطرح شدند، عمدتاً برای مطالعه فیزیک مورد بررسی قرار گرفته بودند، اما گروه دانشگاه پرینستون یک گام فراتر رفتند. آنها یک شبکه عصبی را آموزش دادند تا بهترین پرتو را در لحظه برای هر محیطی انتخاب کند و با ظاهر شدن یا حرکت کردن موانع، خود را تطبیق دهد.
«یاسمن قاسم‌پور»(Yasaman Ghasempour)، دانشمند ارشد و استادیار مهندسی برق و رایانه دانشگاه پرینستون، گفت: همان طور که جهان ما بیشتر به هم متصل و تشنه «داده» میشود، تقاضا برای پهنای باند بی‌سیم سر به فلک می‌کشد. فرکانس‌های زیرتراهرتز، راه را برای سرعت‌ها و ظرفیت بیشتر باز می‌کنند. این پژوهش، گامی مهم به سوی استقرار انتقال داده در باند زیرتراهرتز است که می‌تواند ۱۰ برابر داده‌های سامانه‌های بی‌سیم کنونی را مدیریت کند.
سیگنال‌ها در لحظه خود را تطبیق می‌دهند
برخلاف امواج رادیویی با فرکانس پایین‌تر که به طور گسترده پخش می‌شوند، سیگنال‌های زیرتراهرتز در پرتوهای کاملاً متمرکز حرکت می‌کنند و این باعث آسیب‌پذیری آنها در محیط‌های داخلی میشود. راه حل‌های قبلی به بازتابنده‌ها برای بازتاب سیگنال‌ها در اطراف موانع متکی بودند، اما بازتابنده‌ها در بیشتر فناوری‌های کنونی کاربردی نیستند. این رویکرد جدید به خود سیگنال اجازه می‌دهد تا با استفاده از شکل‌دهی دقیق پرتو خم شود.
«هائوزه چن»(Haoze Chen)، دانشجوی کارشناسی ارشد و پژوهشگر ارشد این پروژه، گفت: این موضوع برای سناریوهای پیچیده داخلی است که شما دید مستقیم ندارید و می‌خواهید ارتباطتان با آن سازگار شود. بیشتر کارهای انجام‌شده با پرتوهای ایری، بر ایجاد پرتوها و کاوش فیزیک زیربنایی آنها متمرکز بوده‌اند. کاری که ما انجام می‌دهیم نه تنها تولید پرتوها، بلکه یافتن بهترین آنها در شرایط موجود است. پژوهش‌های پیشین نشان داده‌اند که این پرتوها را می‌توان ایجاد کرد، اما مشخص نبود که چگونه می‌توان آنها را بهینه‌سازی کرد.
شبیه‌ساز امکان آموزش مجازی را فراهم می‌کند
این گروه پژوهشی برای آموزش شبکه عصبی، یک شبیه‌ساز را توسعه دادند که می‌توانست سناریوهای داخلی بی‌شماری را بدون آزمایش فیزیکی هر یک از آنها مدل‌سازی کند. چن توضیح داد: برای پرتوهای ایری، این موضوع غیرعملی است. راه‌های بی‌نهایتی برای خم شدن بسته به درجه انحنا و محل وقوع انحنا وجود دارد. هیچ راهی برای اسکن کردن فرستنده وجود ندارد.
یکی دیگر از نویسندگان، گفت: دادن مقدار زیادی داده به شبکه عصبی مؤثر نیست. در عوض، ما از اصول فیزیک برای ایجاد و آموزش شبکه عصبی استفاده می‌کنیم.
هنگامی که شبکه عصبی آموزش لازم را ببیند، خود را به طرز باورنکردنی سریع تطبیق می‌دهد و ارتباطات قوی را حتی در محیط‌های شلوغ و دائماً در حال تغییر حفظ می‌کند. این گروه پژوهشی، این سامانه را در تنظیمات تجربی برای شبیه‌سازی محیط‌های داخلی پیچیده و واقعی آزمایش کردند. اگرچه آزمایش‌ها بر درک و کنترل فناوری متمرکز بودند، نتایج نشان می‌دهند که کاربردهای عملی نیز در دسترس هستند.
قاسم‌پور خاطر نشان کرد: این پژوهش یک مشکل دیرینه را حل می‌کند که تاکنون مانع از پذیرش چنین فرکانس‌های بالایی در ارتباطات بی‌سیم پویا شده است. ما با پیشرفت‌های بیشتر، فرستنده‌هایی را تصور می‌کنیم که می‌توانند هوشمندانه پیچیده‌ترین محیط‌ها را پیمایش کنند و اتصال بی‌سیم فوق سریع و قابل اعتمادی را در برنامه‌هایی که امروزه دور از دسترس به نظر می‌رسند، به وجود بیاورند.
این یافته‌ها در مجله Nature Communication منتشر شده است.