物理学者がAIを活用しLED光制御を強化(Physicists employ AI labmates to supercharge LED light control)

2026-01-20 サンディア国立研究所(SNL)

米国のサンディア国立研究所の物理学者らは、AIを「研究室の共同研究者(ラボメイト)」として活用し、LED光の制御性能を飛躍的に高める手法を開発した。研究では、AIが実験データをリアルタイムで解析し、光の強度や波長、時間変調などの制御条件を自律的に最適化する。従来は人間が試行錯誤で調整していた複雑なパラメータ探索をAIが担うことで、実験効率と精度が大幅に向上した。こうしたAI主導のアプローチは、単なる自動化にとどまらず、研究者が思いつかなかった制御戦略を提示する点が特徴である。成果は、高効率照明、光通信、量子・フォトニクス実験などへの応用が期待され、AIと物理実験の協働が研究の進め方を変える可能性を示している。

<関連情報>

自動運転研究室が従来のフーリエ光学を超えた自然放出光を制御する原理を発見 Self-driving lab discovers principles for steering spontaneous emission beyond conventional Fourier optics

Saaketh Desai,Sadhvikas Addamane,Jeffrey Y. Tsao,Igal Brener,Remi Dingreville & Prasad P. Iyer
Nature Communications  Published:09 December 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-66916-0

物理学者がAIを活用しLED光制御を強化(Physicists employ AI labmates to supercharge LED light control)

Abstract

We develop an autonomous experimentation platform to accelerate interpretable scientific discovery in ultrafast nanophotonics, targeting a novel method to steer spontaneous emission from reconfigurable semiconductor metasurfaces. Despite the potential of reconfigurable semiconductor metasurfaces with embedded sources for spatiotemporal control, achieving arbitrary far-field control remains challenging. Here, we present a self-driving lab (SDL) platform that addresses this challenge by discovering the governing equations for predicting the far-field emission profile from light-emitting metasurfaces. We discover that both the spatial gradient (grating-like) and the curvature (lens-like) of the local refractive index are key factors in steering spontaneous emission. The SDL employs a machine-learning framework comprising: (1) a variational autoencoder for generating complex spatial refractive index profiles, (2) an active learning agent for guiding experiments with real-time closed-loop feedback, and (3) a neural network-based equation learner to uncover structure-property relationships. The SDL demonstrates up to a four-fold enhancement in peak emission directivity (up to 77%) over a 74° field of view within ~300 experiments. Our findings reveal that combinations of positive gratings and lenses are as effective as negative lenses and gratings for all emission angles, offering a novel strategy for controlling spontaneous emission beyond conventional Fourier optics.

0403電子応用
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