使用一种新技术，麻省理工学院的研究人员能够在材料的任意位置创建空位，并将其体积缩小至原来的1/2000，从而设计出可用于光计算及其他涉及可见光操控的纳米技术设备。这种新的制造技术被称为“内爆雕刻”，允许研究人员通过光刻在水凝胶中印刷特征。如果以约800纳米的分辨率进行图案化，这些特征可以缩小到小于100纳米。由于该分辨率低于光的波长，设备可以以特定方式弯曲光，从而实现光计算。前麻省理工学院博士后、现华盛顿大学助理教授的Quansan Yang表示：“为了在可见光中实现纳米光子学应用，我们需要制造特征尺寸小于100纳米的纳米结构。只有这样，我们才能精确创建可以操控可见光的结构。” 在他们的论文中，研究人员演示了一种可以执行简单数字分类任务的光子设备，但他们表示，未来版本可用于高速成像和信息处理。 研究人员在论文中展示了多种3D形状，包括一个螺旋形和一个受蝴蝶翅膀启发的结构。这些结构太薄且纵横比过高，无法通过传统的双光子光刻稳定创建。研究人员还创建了一种可以执行称为数字分类的简单计算的设备，这是一种传统上用于测试神经网络性能的任务。该设备接收一个数字（如1或5），并必须点亮特定位置以指示检测到的数字。为了实现这一点，研究人员在设备中模式化了空位，使其像神经网络一样运作。空位的模式会在光通过多层图案化水凝胶时衍射输入光，从而使输出光由输入系统的数字形状决定。麻省理工学院激光生物医学研究中心主任、机械工程与生物工程教授Peter So称：“这是一个纯光学系统，有效地执行光计算。” 研究人员计划利用相同的原理构建光学设备，以根据细胞在微流控设备中流动时的状态进行分类。这可能有助于识别血样中的稀有细胞，例如循环肿瘤细胞。此方法还可能实现高通量成像技术，应用于分析活检或手术标本的组织样本。如果改编为适用于其他材料，如疏水性聚合物，它还可以用于在3D纳米流体设备中创建通道。 研究得到麻省理工学院-藤仓合作基金、美国陆军研究办公室、霍华德·休斯医学研究所等多个机构的资助。
博主点评： 这项技术的突破性在于它不仅实现了纳米级的光子学设备制造，还为未来的光计算提供了新的可能性。结合深度学习算法，研究人员能够在数百万个参数中找到最佳设计，展现了交叉学科研究的巨大潜力。未来的应用不仅限于计算，还可能在医学领域带来革命性的变化。