声学计算超材料

• 作者: 吕增耀 丁元帅 刘鹏 裴永茂
• 来源期刊: 科学通报
• 关键词: 声学超材料 模拟计算 超材料计算电路 声学超材料计算网络
• 年，卷（期）: 2022,（4）
• 所属期刊栏目: 自然科学基金项目进展专栏
• 页码范围: 396-405
• 页数: 10页
• 语种: 中文
• DOI: 10.1360/TB-2021-0869

摘要

尽管数字信号处理器已广泛用于执行复杂计算任务,但仍存在诸多不足,譬如模-数转换器成本高昂、运算复杂度高、低速和高功耗等.出于这个原因,最近人们对基于波的模拟计算产生了浓厚的兴趣.这种计算避免了模-数转换并可以执行大规模并行运算,特别是借助人工设计的超材料,一些对声波进行模拟计算的新方案陆续被提出.这种被称为计算超材料的计算系统,其计算速度可以与波速一样快,尺寸与波长一样小,可以对传入的波包进行复杂的数学运算,甚至可以执行积分、微分方程的计算.这些功能有望实现基于声波传播的新一代超快速、紧凑和高效的计算硬件.本文讨论了声波计算超材料领域的最新进展,调研了用于执行模拟计算的最新的超结构.接着,进一步介绍了声波计算超材料的应用,包括图像处理、边缘检测、方程求解和机器学习.最后,对研究的关键问题和未来可能的方向进行了展望.