日前，東南大學毫米波國家重點實驗室、東南大學電磁空間研究院、琶洲實驗室智能超材料研究中心崔鐵軍院士團隊聯(lián)合北京大學李廉林教授，使用多層透射式數(shù)字編碼超表面構(gòu)建了可實時調(diào)節(jié)的全衍射式神經(jīng)網(wǎng)絡(可編程人工智能機，ANN)，成功實現(xiàn)了網(wǎng)絡參數(shù)的實時編程和光速計算特性，并展示了多種應用案例，包括圖像識別、強化學習和通信多通道編解碼等，在國際上首次實現(xiàn)和展示了微波空間全衍射式可調(diào)神經(jīng)網(wǎng)絡。

　　據(jù)了解，該項相關(guān)工作發(fā)表在Nature Electronics上，東南大學博士生劉徹和馬騫為共同第一作者，崔鐵軍院士為通訊作者。

　　一個典型的人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡的實現(xiàn)，一般使用層級連接的人工神經(jīng)元來模擬人腦神經(jīng)元之間的連接和行為。通過大量數(shù)據(jù)的訓練，ANN已能完成眾多的智能任務，且在人臉識別、自動駕駛、語音處理和醫(yī)療診斷等方面獲得了大量應用。除了基于計算機和芯片實現(xiàn)的ANN網(wǎng)絡，全光實現(xiàn)的ANN最近也被多個團隊所提出。

　　目前，雖然光學衍射神經(jīng)網(wǎng)絡得以實現(xiàn)，但大都具有功能固化、不可調(diào)節(jié)、不支持參數(shù)修改、使用成本高等缺點，嚴重制約了其功能擴展。在未來的實際應用中，為了提高集成度和通用性，衍射神經(jīng)網(wǎng)絡必然會朝著多功能集成和可編程方向發(fā)展，因此可編程的衍射神經(jīng)網(wǎng)絡逐漸成為該領域的研究熱點。近年來，現(xiàn)場可編程信息超表面的興起為實現(xiàn)可編程的衍射神經(jīng)網(wǎng)絡提供了良好契機。

　　崔鐵軍院士和李廉林教授團隊依靠長期以來在現(xiàn)場可編程信息超表面的理論和技術(shù)積淀，率先使用多層透射式數(shù)字編碼超表面實現(xiàn)了現(xiàn)場可編程的微波驅(qū)動的衍射神經(jīng)網(wǎng)絡硬件，稱之為可編程人工智能機(PAIM)。PAIM通過透射式的超表面單元動態(tài)調(diào)控電磁波的幅度和相位，以此模擬人腦中神經(jīng)元對信號的調(diào)控行為，同時通過電磁波在自由空間中的傳播來實現(xiàn)各層單元之間的連接和通信，等效于神經(jīng)元之間的連接。由此PAIM兼具智能化特性和光速的模擬信號處理能力，實現(xiàn)了眾多新穎的應用，包括圖像識別、基于強化學習的多波束聚焦和無線通信中的多用戶編解碼。未來通過將PAIM進一步集成化和小型化，有望將其用于5G通信、醫(yī)學成像和物聯(lián)網(wǎng)等領域。