系統能塑形傳輸信號以避開障礙物，并配有一個能快速適應復雜動態環境的神經網絡。

（中國AI網 2025年08月19日）超高頻率帶寬信號易受物體阻擋，用戶在房間之間走動甚至經過書架時都可能丟失信號。如今，普林斯頓大學的研究人員開發出一種可以幫助超高頻率傳輸繞過障礙物的機器學習系統。這一研究進展有望為虛擬現實等領域帶來重要支持。

亞太赫茲頻段有潛力處理當前無線系統10倍的數據量，而這種快速傳輸對于虛擬現實系統等應用至關重要。

普林斯頓大學電氣與計算機工程助理教授亞薩曼·加塞姆普爾（Yasaman Ghasempour）表示，這項研究是朝著在亞太赫茲頻段部署數據傳輸邁出的重要一步：“隨著我們的世界互聯程度越來越高、對數據的需求越來越大，對無線帶寬的需求同樣在激增。亞太赫茲頻率為實現更高速度和更大容量打開了大門。”

然而，像亞太赫茲頻段這樣的超高頻信號是以定向波束傳輸，不同于可覆蓋更廣區域的低頻無線電波，而這使得信號容易受到阻擋，尤其是在室內以及人和物體移動頻繁的區域。

盡管業界已經成功測試了使用反射器來令信號繞過障礙物的系統。但它們依賴于在大多數情況下可能不可用或不實用的反射器。

針對這一情況，加塞姆普爾的團隊提出使用一種特殊的傳輸技術來躲避障礙物。研究人員通過發射一種能圍繞障礙物彎曲的信號來彎曲傳輸波束。他們采用了一種最初于1979年提出的構想：一種名為“艾里波束”（Airy beams）的無線電波。

作為說明，艾里波束 是一種具有非衍射、自加速和自愈特性的特殊波束，最初由英國皇家天文學家喬治·比德爾·艾里提出。它核心特性包括：

-? 非衍射性?：波束在傳播過程中不會發散，保持特定形狀。 ?
-? 自加速性?：波前結構呈現拋物線軌跡，可繞過障礙物并精準定位目標。 ?
-? 自愈性?：遭遇障礙物時能快速恢復原有形態。 ?

這種波束允許工程師像投擲曲線球一樣塑形傳輸信號。在正確控制下，波束可以在復雜且移動的物體場中靈活穿行。

研究人員指出：“這是為沒有視線的復雜室內場景設計。你會希望鏈路能適應這種情況。”

與靜態系統不同，新系統允許發射器實時適應變化。通過動態調整精確的曲率特性，發射器可以在新障礙物出現時引導信號繞行，即便在擁擠、不斷變化的環境中都能保持強勁連接。

團隊指出，過去大多數關于艾里波束的研究都集中在產生波束和探索其基礎物理特性方面：“我們所做的不僅是產生波束，而且要找出在特定情況下哪種波束效果最佳。業界已經證明了這種波束可以制造出來，但尚未展示如何對其進行優化。”

當然，尋找最佳彎曲波束是一個難題，尤其是在雜亂且變化的環境中。波束瞄準的標準方法是掃描房間尋找最佳傳輸路徑，但這對于可彎曲的傳輸方式并不適用：“對于艾里波束來說，這種方法不切實際。彎曲的方式有無限多種，取決于彎曲的程度和發生彎曲的位置。發射器不可能掃描所有可能性。”

為了解決這個問題，研究人員從人類運動員身上獲得了靈感。籃球運動員不會每次投籃時都拿出計算器。他們依靠過去的經驗來學習不同情況下所需的投籃力度和方向。為了產生這種類型的反應，研究人員設計了一個模仿大腦的神經網絡。

像籃球運動員一樣，所研發的神經網絡在能夠執行任務之前需要大量訓練。然而，通過發射實際波束來訓練系統非常耗時。所以，他們設計了一個模擬器，允許神經網絡能在虛擬環境中針對不同障礙物和不同場景進行訓練。艾里波束背后的數學計算十分復雜，所以團隊必須創建一個能將基礎物理原理應用于幾乎所有場景的系統。

相關論文：A physics-informed Airy beam learningframework for blockage avoidance in sub-terahertz wireless networks

https://www.nature.com/articles/s41467-025-62443-0.epdf?sharing_token=fH7SyC8lINefoT1R6WQgTtRgN0jAjWel9jnR3ZoTv0OLMEUeWY77f1VvHPaAb4NKHkOXgAvlkJ5jCf2WPHhakHqpL2C7i91xLzeLpxR4-vFiYFwhGLiyP_Iubv0-f8U9oDNB198_DFyLQHRedqlHNP0hpLwF-3vbKMptnTzKV3Y%3D

簡單地向神經網絡輸入大量數據效果不佳。相反，研究人員利用物理學原理來創建和訓練神經網絡。系統訓練完成后，神經網絡就能以驚人的速度進行適應。

研究人員表示，他們通過實驗測試了方案，實驗的重點在于理解技術原理并開發控制傳輸的方法。

團隊指出，隨著進一步的進步，他們設想發射器能夠智能地在最復雜的環境中穿行，從而為沉浸式虛擬現實等用例帶來超高速、可靠的無線連接。