隨著科技的進步，無線信號的需求日益增加，尤其是在虛擬現實和自動駕駛等高數據需求的應用中。然而，這些超高速的無線信號卻存在一個顯著的缺陷：它們無法穿透牆壁。當工程師們探索亞太赫茲頻譜以應對這些龐大的數據需求時，即使是書櫃或路過的人也能阻礙信號的傳遞，造成數據丟失。普林斯頓大學的研究人員最近開發了一種新系統，能夠使這些高頻信號繞過障礙物，確保即使在最雜亂的環境中也能保持數據流通。這一突破性技術結合了物理學和機器學習，創造出“艾瑞光束”（Airy beams），這是一種能夠繞過物體傳輸的曲線傳輸路徑，而不是像傳統信號那樣反彈。
艾瑞光束自1979年首次提出以來，主要是針對其物理特性進行研究。普林斯頓團隊則更進一步，訓練了一個神經網絡，讓其能夠在任何環境中實時選擇最佳的光束，並根據障礙物的出現或移動進行調整。主要研究者Yasaman Ghasempour表示，隨著世界越來越互聯且對數據的需求激增，無線頻寬的需求也在不斷上升。亞太赫茲頻率代表著更高的速度和容量，這項研究是向亞太赫茲頻段數據傳輸邁出的一大步，該頻段能夠處理當前無線系統的十倍數據量。
與低頻無線電波廣泛傳播的特性不同，亞太赫茲信號以緊密聚焦的光束形式傳播，這使得它們在室內環境中易受阻礙。以往的解決方案依賴反射器將信號反彈至障礙物周圍，但這在大多數實際環境中並不實用。新的方法允許信號本身彎曲，就像棒球的曲球一樣，通過精確的光束塑形來實現。研究生Haoze Chen指出，“這種技術適用於複雜的室內場景，特別是在沒有視線的情況下，需要連接自動適應。”他補充說，大部分關於艾瑞光束的研究集中在創建光束和探索其物理原理上，而本研究則不僅僅是生成光束，而是找出在特定情況下哪種光束效果最佳。
為了訓練神經網絡，研究團隊開發了一個模擬器，能夠模擬無數室內場景，而不必物理測試每一個場景。Chen解釋道，對於艾瑞光束來說，這樣的物理測試是不可行的，因為彎曲的方式無窮無盡，取決於曲率的程度和曲率發生的位置。“沒有任何發射器能夠掃描所有可能的場景。”共同作者Atsutse Kludze表示，將大量數據輸入神經網絡並不有效，與其如此，不如利用物理學原理來創建和訓練神經網絡。一旦訓練完成，該系統能夠迅速適應，即使在擁擠且不斷變化的環境中，也能保持強大的連接。
團隊在設計用以模擬複雜的現實室內環境的實驗設置中測試了該系統。雖然實驗的重點是理解和控制技術，但結果顯示，實際應用的前景觸手可及。未來的應用可能包括超高速的虛擬現實系統、完全自動化的車輛以及未來的室內無線網絡，這些網絡能夠在不間斷的情況下傳輸大量數據。Ghasempour指出，這項研究解決了長期以來阻礙高頻率在動態無線通信中應用的問題。隨著進一步的發展，研究團隊設想未來的發射器能夠智能地導航於最複雜的環境中，為今天看似遙不可及的應用提供超快速、可靠的無線連接，這包括沉浸式虛擬現實和完全自動化的交通系統。該研究的成果已發表在《自然通訊》（Nature Communication）期刊上。
