西安光机所“AI＋光学”又有重要进展！

5月7日，记者了解到：该所姚保利、柏晨研究员团队联合西北农林科技大学展开研究，在微观世界为光建造一条“智能传送带”。他们创新性地提出了“多先验物理增强神经网络”的新方法，能够精确地输运只有微米大小的粒子，使其哪怕是在字母、汉字或复杂图案等弯曲路径上，也能“走”得又快又稳。相关成果发表在《光：先进制造》（Light：Advanced Manufacturing）上。

基于全息光镊的光学传输带技术可以把激光塑造成一条能抓住微粒的无形轨道，就像在微观世界里铺了一条传送带。因为具有不接触、高精度、低损伤等显著优势，该技术是支撑高端制造、生命健康等国家重大战略需求的关键技术之一。

“然而，要铺出‘随心所欲’的复杂输运路径，一直是个难题。传统方法要么靠固定公式画轨道，一遇到复杂路径就容易出错；要么用简化的光模型，在紧聚焦条件下不够准；现在流行的深度学习方法又需要大量数据，且泛化能力差，还容易让光场出现散斑噪声或相位断裂，影响输运质量。”团队成员柏晨解释。

多先验物理增强神经网络（MPPN－RW）工作原理。

针对这些问题，团队提出了“多先验物理增强神经网络（MPPN－RW）”。这一新方法让神经网络在生成光路图案时，必须同时遵守好几条“规矩”，从而在无需训练数据的情况下，实现任意复杂输运路径对应的计算全息图的高保真重建。

在此基础上，团队构建了光学传输带系统，用生成的光路去输运直径仅1微米的粒子。结果，微粒沿着“C”“A”“S”字母的轨迹连续匀速运动，即使在拐弯处也没出现明显停顿或跑偏。此外，他们还开展了手绘汉字“光”和数字“6”这样的长距离、高复杂度输运轨迹验证实验，微粒同样顺利走完，说明多先验物理增强神经网络生成的光学传输带具有很强的扩展性和稳健性。

字母“C”“A”“S”形状的光学传送带输运微粒效果图。

“这项成果相当于在微观世界里为光建造了一条‘智能传送带’。”柏晨介绍，“新方法深度融合了物理模型与智能优化算法，不仅考虑了光的波动特性，还通过多重约束确保了光场的均匀性。微粒在运输过程中就像行驶在平坦的高速公路上，既不容易偏离方向，也不会卡顿。”

这项成果显著提升了紧聚焦光场质量和微粒稳定输运能力，推动光镊技术从单一操控向可编程、智能化的光学传输带升级，为智能光学操控、细胞组装、微纳制造等领域开辟了新的发展空间。

据悉，姚保利、柏晨研究员团队近年来持续开展AI＋光学显微成像与AI＋光学微操纵技术研究，取得了一系列重要成果，并发表在国内外多种权威期刊上，获得多项中省级奖励和荣誉。（群众新闻记者 孙亚婷）