21:58 2022-11-25
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Sincronizarea haosului printr-o secțiune îngustă a spectrului
_ Sincronizarea haosului printr-o secțiune îngustă a spectrului
Noțiunea abstractă că întregul poate fi găsit în fiecare parte a ceva i-a fascinat de multă vreme pe gânditorii implicați în toate domeniile filozofiei și științei experimentale, de la Immanuel Kant la esența timpului până la David Bohm despre noțiunea de ordine și de la auto-asemănarea structurilor fractale la proprietățile definitorii ale hologramelor.
Totuși, a rămas, în mod înțeles, străin de ingineria electronică, care se străduiește să dezvolte din ce în ce mai specializate. și circuite eficiente care schimbă semnale care posedă caracteristici foarte controlate. Prin contrast, în cele mai diverse sisteme complexe din natură, cum ar fi creierul, generarea activității având caracteristici care se prezintă în mod similar pe diferite scări temporale sau frecvențe, este aproape o observație omniprezentă.
Într-un În căutarea de a explora abordări noi și neortodoxe pentru proiectarea sistemelor capabile să rezolve probleme dificile de calcul și control, fizicienii și inginerii au investigat, de zeci de ani, rețele formate din oscilatori haotici. Acestea sunt sisteme care pot fi realizate cu ușurință folosind componente electronice, optice și mecanice analogice.
Proprietatea lor izbitoare este că, deși sunt destul de simple în structura lor, pot genera comportamente care sunt, în același timp , incredibil de complicat și departe de a fi aleatoriu.
„Haosul implică o sensibilitate extremă la condițiile inițiale, ceea ce înseamnă că activitatea în fiecare moment în timp este efectiv imprevizibilă. Cu toate acestea, un aspect crucial este că aranjamentele geometrice ale traiectoriile generate de semnalele haotice au proprietăți bine definite care, alături de distribuția frecvențelor, sunt destul de stabile și repetabile.Deoarece aceste caracteristici se pot schimba în multe moduri în funcție de tensiunea de intrare sau de setările parametrilor, cum ar fi valoarea unui rezistor, aceste circuite sunt interesante ca o bază pentru realizarea de noi forme de calcul distribuit, de exemplu, bazate pe citirile senzorilor”, explică dr. Ludovico Minati, autorul principal al studiului.
„În lucrarea noastră recentă, w Am arătat că acestea ar putea fi utilizate eficient pentru a realiza tipul de rezervoare fizice care pot simplifica antrenamentul rețelelor neuronale”, adaugă domnul Jim Bartels, doctorand la Nano Sensing Unit, unde a fost realizat studiul.
Când doi sau mai mulți oscilatori haotici sunt cuplati împreună, cele mai interesante comportamente apar pe măsură ce își atrag și resping activitățile în timp ce încearcă să găsească un echilibru, în moduri pe care oscilatorii periodici obișnuiți pur și simplu nu le pot accesa. „În urmă cu doi ani, munca depusă în laboratorul nostru a demonstrat că aceste comportamente ar putea fi folosite, cel puțin în principiu, ca mijloc de a culege citiri de la senzori la distanță și de a furniza direct statistici precum valoarea medie”, adaugă dr. Ludovico Minati.< /p>
Cu toate acestea, natura complexă a semnalelor haotice implică faptul că acestea prezintă în general spectre de frecvență largi, care sunt foarte diferite de cele, înguste și bine delimitate, care sunt utilizate de obicei în comunicațiile fără fir moderne. „În consecință, devine foarte dificil, dacă nu imposibil, să se realizeze cuplaje prin aer. Asta nu numai pentru că antenele sunt adesea foarte reglate pentru anumite frecvențe, ci și și mai ales pentru că reglementările radio nu permit difuzarea decât în limite bine definite. regiuni”, explică domnul Boyan Li, masterand și al doilea autor al studiului.
Până în prezent, există un corp substanțial de literatură care acoperă numeroasele efecte care pot apărea în ansamblurile de oscilatoare haotice. De exemplu, pot apărea grupuri mici de noduri care se sincronizează preferenţial între ele, un pic ca nişte grupuri de oameni care se unesc la o petrecere, împreună cu interdependenţe neaşteptate de la distanţă care ne amintesc de problema legăturii din creier.
Cu toate acestea, în mod surprinzător, aproape niciun studiu nu a luat în considerare posibilitatea (sau altfel) de cuplare a oscilatorilor haotici printr-un mecanism, practic un filtru, care transferă doar o gamă restrânsă de frecvențe. Din acest motiv, cercetătorii de la Tokyo Tech au decis să exploreze comportamentul unei perechi de oscilatoare haotice. Le-au cuplat folosind un filtru pe care l-au putut regla cu ușurință pentru a lăsa să treacă doar o gamă restrânsă de frecvențe, păstrând deocamdată o conexiune prin cablu între ele.
„Am decis să folosim un tip de oscilator haotic. care este extraordinar de simplu, implicând doar un tranzistor și o mână de componente pasive și cunoscut sub numele de oscilator Minati-Frasca.Această familie de oscilatoare a fost introdusă în urmă cu aproximativ cinci ani de cercetători din Italia și Polonia și are multe proprietăți remarcabile, după cum sa subliniat. într-o carte recentă. Recent, am devenit interesați să le înțelegem și să le înțelegem diferitele lor potențiale aplicații", explică dr. Hiroyuki Ito, șeful Unității Nano Sensing unde a fost efectuat studiul.
Pe baza simulărilor și măsurătorilor. , echipa de cercetare a reușit să demonstreze că este de fapt posibilă sincronizarea acestor oscilatoare chiar și fără a transfera întregul spectru larg, ci doar o „felie” relativ îngustă a acestuia. Le place să compare acest lucru cu o situație în care întregul se găsește, cel puțin parțial, într-o parte.
Când funcționează în regiunea gigahertz inferioară, aproape de locul unde funcționează dispozitivele wireless de prima generație, oscilatorii ar putea sincronizați atunci când transportați doar câteva puncte procentuale din lățimea de bandă. După cum era de așteptat, sincronizarea nu a fost completă, ceea ce înseamnă că oscilatorii nu au urmat complet activitatea celuilalt.
„Acest tip de interdependență incompletă sau slabă este tocmai regiunea în care pot apărea cele mai interesante efecte la nivelul unei rețele de noduri. Este destul de asemănător între oscilatori și neuroni, așa cum a arătat una dintre lucrările noastre anterioare. Acestea sunt mecanismele care reprezintă următoarea frontieră pentru implementarea calculului distribuit bazat pe comportamente emergente, așa cum urmăresc multe grupuri de cercetare din întreaga lume. ”, adaugă dr. Mattia Frasca de la Universitatea din Catania din Italia, care inițial a co-descoperit aceste circuite împreună cu dr. Minati, analizând ulterior împreună comportamentele și relația lor cu alte sisteme din natură și a furnizat câteva baze teoretice care au fost folosite pentru studiu realizat de cercetătorii Tokyo Tech.
Cercetătorii au observat că, în timp ce o porțiune îngustă a spectrului a fost suficientă pentru a obține o anumită sincronizare detectabilă , locația centrală și lățimea filtrului au avut efecte importante. Folosind o multitudine de tehnici de analiză, ei au putut vedea că în unele regiuni, activitatea oscilatorului slave a urmărit setarea filtrului într-un mod evident, în timp ce în altele au apărut efecte diferite și destul de complexe.
" Acesta este un bun exemplu al bogăției comportamentelor disponibile acestor circuite, care rămân necunoscute pe scară largă în comunitatea ingineriei electronice.Este destul de diferită în comparație cu răspunsurile mai simple ale sistemelor periodice, care sunt fie blocate, fie nu unele față de altele. este mult înainte să fim cu adevărat capabili să realizăm aplicații eficiente folosind aceste fenomene, așa că trebuie spus că aceasta este o cercetare fundamentală în acest moment.Totuși, este foarte fascinant să ne gândim că în viitor s-ar putea să realizăm unele aspecte ale simțului. folosind și aceste abordări neobișnuite”, adaugă Zixuan Li, doctorand și coautor al studiului.
După acest interviu, echipa a explicat că acest tip de cercetare va trebui mai întâi extins prin înțelegerea mai profundă a fenomenelor și a modului în care acestea pot fi folosite pentru a genera o activitate colectivă interesantă. Apoi, cele două provocări principale de inginerie vor fi de a demonstra cuplările pe o legătură fără fir reală, îndeplinind în același timp toate cerințele radio și de a minimiza substanțial consumul de energie, folosind, de asemenea, unele rezultate din cercetările lor anterioare.
„Dacă se găsesc soluții de succes la aceste provocări, atunci unul dintre obiectivele noastre principale este să demonstrăm detecția distribuită utilizabilă în aplicații care sunt importante pentru societate, precum monitorizarea stării terenului în agricultura de precizie”, conchide dr. Hiroyuki Ito. Metodologia și rezultatele sunt raportate într-un articol recent publicat în Chaos, Solitons & Fractals, iar toate înregistrările experimentale au fost puse la dispoziție gratuit pentru ca alții să le folosească în lucrările viitoare.
Comentarii:
Adauga Comentariu