科研在线 | 我院钱超研究员《Nature Communication》发文：类脑超材料的动态识别和幻觉隐身

世间万物能像哈利波特小说中一样隐身吗？

动态目标识别能像孙悟空一样“火眼金睛”吗？

ZJUI钱超研究员课题组提出的一种

基于类脑超材料的

动态光学幻觉

有望将梦想化为现实！

近期，国际知名综合期刊《自然·通讯》(Nature Communications)以“Dynamic recognition and mirage using neuro-metamaterials”为题在线报道了浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院（ZJUI）钱超研究员及其国内外合作团队的一项最新研究成果。课题组提出了类脑超材料概念，用于动态目标识别和幻觉隐身。

▲ 图1 类脑超材料在光安检系统中的应用示意图

目标识别是计算机视觉和图像处理领域的常用技术，被广泛应用于检测、分类、注释和分割照片视频中某类语义对象。目前，它已经渗透到我们生活的方方面面，例如安全支付、自动驾驶、视频监控和目标跟踪。传统目标识别方法包括两个步骤：先由摄像头捕获图像序列，再用数字计算机进行图像处理，配合深度学习或其他模式识别算法。然而，随着大数据和物联网的快速发展，目标识别对快速信息收集、并行数据处理和低能耗计算的需求越来越高。

针对这一挑战，钱超研究员及其国内外合作团队提出了利用无源类脑超材料直接实现动态三维物体的识别。借助深度学习和拓扑优化算法，类脑超材料能够将用户需求转换为超材料的空间结构，从而能够自动分析或处理散射电磁波（散射神经网络）。类脑超材料具有被动（内生智能）和主动（外部驱动智能）两种形式。实验中，两只兔子在类脑超材料前自由玩耍，超材料对兔子周围的散射场进行处理分析，直接对行走、站立和蹲坐等姿势进行识别（图2）。

▲ 图2 基于类脑超材料的实时兔子姿势识别

课题组进而提出了一种基于类脑超材料的动态光学幻觉，将兔子的连续站立动作转换为长颈鹿的喝水动作（图3）。相较于传统的光学幻觉，该方法可以针对动态输入和电磁参数易实现等优势。该研究成果为全光计算在现实生活中应用构建了新平台，并为一些有趣但难以实现的物理概念提供了新思路。该工作提出的类脑超材料在无线通信、幻觉隐身以及光学信息处理和显示等方面有重要应用，有望开启“光学万物互联”的新时代。

▲ 图3 基于类脑超材料的动态光学幻觉

ZJUI钱超研究员为论文第一作者，他与李尔平教授和陈红胜教授为论文共同通讯作者。该项研究是与王浙栋博士等国内外专家合作完成。该工作获得国家自然科学基金委等项目支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-30377-6

钱超博士，ZJUI助理教授、研究员。2020年博士毕业于浙江大学信电学院，2019-2020年在美国加州理工学院交流访问一年。专注电磁散射、隐身衣、新型电磁材料、机器学习和光计算等科学研究。目前已发表SCI论文20余篇，其中以第一/通讯作者在Nature Photonics、Nature Communications、Physical Review Letters、Light: Science & Applications、Advanced Functional Materials等国际著名期刊上发表论文。入选“2018 年度浙江大学博士研究生学术新星培养计划”，“2020 年度启真杯浙江大学学生十大学术新成果”，“2021年浙江大学优秀博士论文”，获得“博士生国家奖学金”等荣誉。

文 | 钱超课题组 

本期编辑 | 张旖  责任编辑 | 张旖

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