Kreativ brug af støj bringer bio-inspireret elektronisk forbedring

I konventionel elektronik, der gøres en stor indsats for at eliminere stokastisk resonans (SR) - det irriterende sus, der generelt forhindrer påvisning af svage signaler og forringer den samlede enheds ydeevne. Men, hvad hvis der var en måde at udnytte denne effekt til at forbedre signaloverførsel til en ny generation af enheder, såsom bioinspirerede sensorer og computerprocessorer, hvis design er baseret på hjernens neurale netværk?

Forskere ved Osaka University i Japan arbejder på at opnå netop det, ved hjælp af enkeltvæggede carbon nanorør (SWNT'er). De oprettede en opsummerende netværks -SR -enhed, der registrerer undertærskelsignaler, fremstillet til at omfatte en selvstøjskomponent. Forskerne rapporterer deres resultater i denne uge i tidsskriftet Anvendt fysik bogstaver .

"De funktionelle muligheder for vores netværk SR -enhed, som er afhængig af tætte nanomaterialer og udnytter iboende spontan støj ved stuetemperatur, tilbyde et glimt af fremtidens bioinspirerede elektroniske enheder, "sagde Megumi Akai-Kasaya, adjunkt ved Osaka University.

Forskere har i de sidste par årtier vidst, at nogle dyr bruger SR til at forbedre transmissionen eller detektionen af ​​signaler under detekteringstærsklen. Padlefisk, der lever i mudrede floder, for eksempel, kan opdage, og dermed leve af, det nærmeste plankton kun, når der kommer elektrisk baggrundsstøj fra en anden planktonmasse. Baggrundsstøjen bruges til at forstærke signalerne fra det nærliggende plankton. Krebs bruger også SR, som er en del af den mekaniske støj i vand, at opdage subtile bevægelser af rovdyr.

Der er også tegn på, at den menneskelige hjerne bruger SR i visuel behandling. Uopdagelige lyssignaler til højre øje bliver detekterbare ved tilføjelse af støj til venstre øje. For nylig, forskere har opdaget, at tilføjelse af tilfældig støj som SR, på den rigtige måde, til elektroniske enheder kan øge signalernes påviselighed og informationens transmissionseffektivitet.

Der er to grundlæggende krav til udvikling af en SR-baseret elektronisk enhed:en signaldetekteringsgrænse og tilstedeværelsen af ​​yderligere støj. For at opfylde disse krav i deres SWNT -enhed, forskergruppen oprettede et SWNT -netværk, hvor op til 300 carbon nanorør var justeret parallelt med hinanden mellem kromelektroder, hvilket øgede signaldetekteringsevnen.

De funktionaliserede SWNT'erne med phosphomolybdinsyre (PMo12) molekyler, som kan adsorbere fast på grafitmaterialer, før tørring af enheden på en kogeplade ved 150 grader Celsius under atmosfærisk tryk. Adsorptionen af ​​PMo12 -molekylerne på SWNT'erne genererede yderligere støj.

"SWNT'er kan være generatorer af spontan støj, på grund af deres høje følsomhed over for ydre overfladeforstyrrelser, "Sagde Akai-Kasaya." Det, vi fandt ud af, er, at introduktionen af ​​en ekstra disruptor-molekylær adsorption, og især med adsorptionen af ​​PMo12 - genererede en stor og afstembar type elektrisk støj ud over almindelig miljøstøj. "

Gruppen testede 10 forskellige molekyler adsorberet i SWNT'erne som støjgeneratorer og fandt ud af, at SWNT/PMo12 -kombinationen var mere end dobbelt så effektiv som de andre SWNT -funktionaliserede kombinationer.

"SWNT'er tilbyder en lovende vej til at realisere en summeringsnetværks SR-enhed i lille størrelse, der udnytter molekylær termisk udsving som støjkilde." Sagde Akai-Kasaya.