Учёные создали поверхность, выполняющую вычисления с помощью радиоволн

Учёные Юго-Восточного университета Китая разработали программируемую метаповерхность, которая выполняет вычисления при распространении радиоволн. Благодаря этому сигнал можно обрабатывать без полной оцифровки на обычном процессоре. Об этом сообщает сайт Science XXI.

В основе разработки лежит тонкая поверхность с микроструктурами, которые меняют характеристики электромагнитного излучения. Управление происходит электронным способом: задаётся временной код, определяющий воздействие на падающую радиоволну. Результат вычислений формируется сразу в исходящей волне, минуя цифровой процессор.

Для преобразования Фурье и свёртки — базовых операций обработки сигналов — исследователи использовали метаповерхность. Первая операция выделяет частотные составляющие, вторая находит заданные образцы. В радиолокации эти алгоритмы помогают определить скорость и дистанцию до объекта.

Для смены задачи не требуется менять оборудование — достаточно загрузить другой временной код. При попадании сигнала на поверхность его компоненты перераспределяются так, что вычисление происходит физически, а не пошагово в процессоре. Обычная электроника по-прежнему нужна для подготовки кодов, синхронизации и выдачи результатов.

Испытания прошли в лаборатории и на открытом воздухе, включая условия многолучевого распространения и помех. Имитируя отражение от цели, движущейся со скоростью 200 м/с, система дала результат 201 м/с при 500 точках и 199,5 м/с при 1 000 точках. При моделировании объектов на расстоянии 4–28 км погрешность оставалась в пределах разрешения в 300 м.

В перспективе технология упростит цепочку обработки радиочастотных сигналов и снизит зависимость от быстрых аналого-цифровых преобразователей и процессоров. Следующая задача — повысить скорость модуляции, сохранив точность, устойчивость и энергоэффективность. Среди возможных применений — радиолокация, связь 6G, спутниковые системы и автомобильные радары.