Een team van internationale wetenschappers, waaronder Merouane Debbah, Marco Di Renzo en Jiancheng An, heeft een nieuwe benadering voor signaalverwerking ontwikkeld die gebruikmaakt van gestapelde intelligente metasurfaces (SIM). Deze technologie maakt het mogelijk om complexe dataverwerking en berekeningen direct in het elektromagnetische domein uit te voeren, in plaats van signalen eerst om te zetten naar digitale data.
De kern van deze innovatie ligt in de combinatie van drie verschillende disciplines: elektromagnetische computatie, kunstmatige neurale netwerken en de technologie van metasurfaces. Metasurfaces zijn kunstmatige structuren die zijn samengesteld uit zeer kleine elementen, zogenaamde meta-atomen, die een precieze controle over elektromagnetische golffronten mogelijk maken. Door deze oppervlakken boven elkaar te stapelen, ontstaat een systeem dat in staat is om diverse taken in het zogenaamde 'golfdomein' te verrichten.
Volgens een wetenschappelijke publicatie op arxiv.org biedt deze methode een alternatief voor traditionele digitale verwerking. De voordelen van deze aanpak zijn aanzienlijk, aangezien het een raamwerk creëert voor massaal parallelle verwerking. Dit resulteert in systemen die niet alleen sneller werken, maar ook aanzienlijk minder energie verbruiken dan conventionele digitale rekenmethoden.
De onderzoekers identificeren drie hoofddomeinen waarin deze SIM-technologie een impact kan hebben. Ten eerste kan het de communicatie verbeteren door draadloze netwerken te optimaliseren via intelligente aanpassingen van de fysieke omgeving. Ten tweede kan het de sensing-capaciteiten verhogen, waardoor objecten en signalen sneller en nauwkeuriger gedetecteerd worden. Tot slot kan het worden ingezet voor computing, waarbij wiskundige operaties worden uitgevoerd via de natuurlijke voortplanting van golven, vergelijkbaar met de werking van neurale netwerken.
In het onderzoek op wordt aangetoond dat een enkel SIM-apparaat in staat is om meerdere van deze functies gelijktijdig te ondersteunen. Dit bewijst de multifunctionaliteit van de hardware-prototypes. Om deze resultaten te bereiken, maken de auteurs gebruik van specifieke optimalisatie- en trainingsstrategieën om de metasurfaces correct te configureren voor complexe signalen.
Ondanks de veelbelovende resultaten benadrukt het team van dat er nog technische hindernissen zijn. Voordat de technologie op grote schaal kan worden geïntegreerd in toekomstige generaties draadloze netwerken, moeten er nog oplossingen komen voor uitdagingen rondom de systeemintegratie en de fysieke hardware-implementatie.
Deze ontwikkeling past in een bredere trend waarbij de fysieke laag van computatie wordt heruitgevonden. Terwijl grote technologiebedrijven zoals google.com zich focussen op het opschalen van AI-infrastructuur en de uitrol van geavanceerde modellen zoals Gemini voor het agentische tijdperk, zoeken academici naar manieren om de efficiëntie te verhogen door de natuurkunde zelf als rekenkracht te gebruiken. Waar cloud-computing steunt op enorme serverparken, probeert SIM-technologie de latentie te verlagen door intelligentie direct in de fysieke laag van het netwerk te integreren.
Het volledige onderzoek biedt een uitgebreid kader voor de evolutie van wave-domain processing en schetst de koers voor toekomstige innovaties in de interactie tussen fysieke signalen en digitale intelligentie.