Kohina tehostaa heikkoja signaaleja

Japanilaisten tutkijoiden ryhmä on löytänyt uuden mekanismin selittääkseen stokastisen resonanssin, jossa herkkyyttä heikoille signaaleille tehostetaan kohinalla.

Kohina on yleensä haitta, joka peittää pieniä signaaleja. Kuitenkin tiedetään, että elävien organismien on helpompi havaita saalistajia kohisevassa ympäristöissä, koska kohina parantaa aistielinten herkkyyttä.

Tällaista stokastista resonanssia pidetään erittäin hyödyllisenä teknisissä laitteissa ja kohinaongelmien ratkaisemisessa monilla muilla aloilla. Kuitenkaan ei ole ollut vakuuttavia selityksiä siitä, miksi kohina lisää herkkyyttä heikoille signaaleille, vaikka ilmiön ensimmäinen raportti aiheesta julkaistiin jo vuonna 1981.

Yksi kompastuskivi on ollut monimutkaisuus epälineaarisissa teorioissa, joihin liittyy kitkaa ja vaihtelua, joita molempia pidetään ilmiön kannalta olennaisina.

Ongelman ratkaisemiseksi Hokkaidon yliopiston vetämä ryhmä kehitti yksinkertaisemman mallin, joka sulki pois kitkavoiman eli parametrin, jota tutkijat pitivät vähäpätöisenä nano- ja molekyylikokoisissa järjestelmissä.

Tutkimuksessa löydettiinkin bistabiilisessa järjestelmässä korrelaatiota herkkyyden ja kohinan välillä. Tällaisessa epälineaarisessa järjestelmässä on kaksi vakaata tilaa ja mahdollisuus siirtyä niiden välillä riippuen syöttöarvoista.

He selvittivät myös valkoisen Gauss-kohinan merkityksen, joka on tavallisin kohina luonnossa. Kun siirtyminen tapahtuu ilman kitkaa, bistabiilin järjestelmän herkkyys Gauss-kohinan määrittämälle heikolle signaalille tulee merkittävästi vahvemmaksi.

Kehitettyä teoriaa tarkasteltiin kokeellisesti kaksitilaisella Schmitt-liipaisimella.

Havainnon odotetaan avaavan tavan hyödyntää kohinaa sen eliminoimisen sijaan. Se voi auttaa luomaan elektroniikkalaitteista pienempiä ja energiatehokkaampia.

Aiheesta aiemmin:

Kohina tehostaa signaalin siirtoa