一組日本研究人員發(fā)現(xiàn)了一種解釋隨機(jī)共振的新機(jī)制，其中對(duì)弱信號(hào)的敏感性因噪聲而增強(qiáng)。該發(fā)現(xiàn)有望幫助電子設(shè)備變得更小，更節(jié)能。

噪音通常是淹沒(méi)小信號(hào)的麻煩。例如，它可以阻止您在對(duì)話過(guò)程中捕捉到您的伴侶所說(shuō)的內(nèi)容。然而，眾所周知，生物體更容易在嘈雜的環(huán)境中檢測(cè)捕食者，因?yàn)樵肼曉鰪?qiáng)了感覺(jué)器官的敏感性。這種稱(chēng)為隨機(jī)共振的現(xiàn)象被認(rèn)為對(duì)工程設(shè)備和解決各種其他領(lǐng)域的噪聲問(wèn)題具有重要意義。然而，自1981年初現(xiàn)報(bào)告以來(lái)，噪音增強(qiáng)對(duì)弱信號(hào)的敏感性的原因尚無(wú)令人信服的解釋。

阻礙研究人員充分理解這一現(xiàn)象的一個(gè)絆腳石是涉及摩擦和波動(dòng)的非線性理論的復(fù)雜性，這兩者都被認(rèn)為是這種現(xiàn)象的必要條件。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，由北海道大學(xué)Seiya Kasai教授，名古屋大學(xué)的Akihisa Ichiki副教授和豐田中央研發(fā)實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)研究員Yukihiro Tadokoro組成的團(tuán)隊(duì)建立了一個(gè)排除摩擦力的簡(jiǎn)單模型，該參數(shù)是他們認(rèn)為在納米和分子尺度系統(tǒng)中可以忽略不計(jì)。

研究人員發(fā)現(xiàn)雙穩(wěn)系統(tǒng)中的靈敏度和噪聲之間存在相關(guān)性，這種非線性系統(tǒng)具有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，并允許它們之間的轉(zhuǎn)換取決于輸入值，如蹺蹺板。他們還發(fā)現(xiàn)了高斯白噪聲的作用，這是自然界中廣泛存在的最標(biāo)準(zhǔn)噪聲。

當(dāng)在沒(méi)有摩擦的情況下發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，雙穩(wěn)系統(tǒng)對(duì)高斯噪聲施加的弱信號(hào)的靈敏度變得非常高。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)高斯分布函數(shù)在其尾部邊緣的相對(duì)差異 - 這決定了靈敏度。這意味著通過(guò)增加雙穩(wěn)系統(tǒng)的閾值，靈敏度變得異常高。該理論已經(jīng)通過(guò)稱(chēng)為施密特觸發(fā)器的電子雙態(tài)器件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

預(yù)計(jì)這一發(fā)現(xiàn)將為使用噪聲而不是消除噪聲鋪平道路，這將有助于建立新技術(shù)。它可以幫助電子設(shè)備變得更小，更節(jié)能。“由于普遍存在高斯噪聲，我們的研究應(yīng)該有助于我們更好地理解自然界和社會(huì)中的各種非線性和波動(dòng)現(xiàn)象。” Kasai說(shuō)。