Uusia ratkaisuja kaoottisille värähtelypiireille

29.05.2019

Tokyo-tech-kaoottisia-signaaleja-1-300-t.jpgPiirin perustana oleva yksinkertainen idea on liittää toisiinsa rengasoskillaattoreita, joiden pituus on yhtä suuri kuin pienimmät parittomat alkuluvut, kuten 3, 5 ja 7. Jopa yksinkertainen summa siniaaltojen välillä tuottaa monimutkaiselta näyttävän signaalin mutta todellisten oskillaattorien väliset vuorovaikutukset johtavat paljon rikkaampaan skenaarioon.

Tokion teknologiainstituutin johtamat tutkijat ovat löytäneet yksinkertaisen, mutta erittäin monipuolisen tavan tuottaa "kaoottisia signaaleja" erilaisilla ominaisuuksilla.

Kaos ei tarkoita satunnaisuutta vaan se on hyvin monimutkainen järjestystyyppi. Kaoottisen järjestelmän parametrien pikkuruisetkin muutokset voivat johtaa hyvin erilaisiin käyttäytymisiin. Kaoottisia signaaleja on vaikea ennustaa, mutta ne ovat läsnä monissa eri skenaarioissa.

Valitettavasti kaoottisten signaalien muodostaminen halutuilla ominaisuuksilla kanssa on vaikea tehtävä. Niiden luominen digitaalisesti on joissakin tapauksissa liikaa tehoa ottava ja analogisiin piireihin perustuvat lähestymistavat ovat välttämättömiä.

Nyt japanilaiset, Italialaiset ja puolalaiset tutkijat ehdottavat uutta lähestymistapaa sellaisten integroitujen piirien luomiseen, jotka voivat tuottaa kaoottisia signaaleja.

Tutkimusryhmä aloitti ajatuksesta, että eri alkulukujen asettamat syklit eivät pysty kehittämään kiinteää vaiheyhteyttä. Yllättävää kyllä, tämä periaate näyttää syntyneen useiden cicadaslajien kehityksessä, joiden elinkaaret seuraavat alkulukuja vuosia, jotta vältetään synkronointi toistensa ja saalistajien kanssa.

Jos esimerkiksi yritetään "sitoa yhteen" oskillaattoreita, joiden jaksot on asetettu kolmelle ensimmäiselle alkuluvulle (3, 5 ja 7), tuloksena olevat signaalit ovat hyvin monimutkaisia ja kaaos voidaan helposti muodostaa (kuva 1).

Integroiduista piireistä löytyy rengasoskillaattoreita, jotka ovat pieniä eivätkä vaadi reaktiivisia komponentteja (kondensaattoreita ja induktoreita). Tällaisia piirejä modifioitiin siten, että rengasoskillaattorien vahvuuksia, joilla on kolme, viisi ja seitsemää astetta voitaisiin ohjata itsenäisesti niiden linkitysten tiukkuuden avulla.

Kehitetty rakenne onnistui muodostamaan kaoottisia signaaleja laajalla taajuusspektrillä, ääni- taajuuksista radiotaajuuteen (1 kHz - 10 MHz). Lisäksi se toimi pienellä tehokulutuksella. Vielä huomattavampi oli havainto, että yksittäisten prototyyppien hieman erilaisista ominaisuuksista riippuen voitaisiin tuottaa täysin erilaisia signaaleja (kuva 2).Tokyo-tech-kaoottisia-signaaleja-2-300-t.jpg

Esimerkiksi tutkijat tallensivat piikkien junia, jotka ovat melko samankaltaisia kuin biologisissa neuroneissa. He löysivät myös tilanteita, joissa renkaat "taistelivat toisiaan vastaan" siihen pisteeseen, että ne lähes kokonaan tukahduttavat toimintansa: tätä ilmiötä kutsutaan "värähtelykuolemaksi".

Tiimi uskoo tulevaan kykyynsä olla rakennuspalikka monille eri sovelluksille. Ne pyrkivät integroimaan tämän piirin antureilla esimerkiksi mittaamaan maaperän kemiallisia ominaisuuksia. Se soveltuu esimerkiksi langattomien anturiverkkojen toteuttamiseen.

Aiheesta aiemmin:

Gigahertsigeneraattori mikropiirille

Todella laadukas terahertsigeneraattori

16.01.2020Laskentaa molekyyleillä
16.01.2020Konenäölle nyt myös konesilmät
14.01.2020Piin kvanttibiteillä uusiin ulottuvuuksiin
13.01.2020Uusi menetelmä kestäville GaN-transistoreille
10.01.2020Hiukkaskiihdytin mikropiirille
09.01.2020Biologista energiantuottoa
08.01.2020Kvanttiteleportaatio piifotonisella sirulla
07.01.2020Kohti spintronisia MRAM-muisteja
07.01.2020Tehokas litium-rikki akku
03.01.2020Pieniä parannuksia litiumioni-akuille
02.01.2020Kvanttimateriaalia vaikkapa naamiointiin
02.01.2020Perovskiiteistä löytyy yllätyksiä
31.12.2019Lämpökytkin polymeeristä
30.12.2019Elektroniikka valon nopeudella
23.12.2019Turvallista ja käytännöllistä viestintää
20.12.2019Ferrosähköisyys yhdistää transistorit ja muistit
19.12.2019Kytkettäviä plasmoneja muoveihin
18.12.2019Magnonit töihin
17.12.2019Lämmönsiirtoa tyhjyyden läpi
16.12.2019Nailon ja taivutus vauhdittavat orgaanista elektroniikkaa
13.12.2019Viat saattavat tehostaa akkuja
12.12.2019Hiili ja pii jakavat ja yhdistävät fotoneja
11.12.2019Timanttien avulla parempia superkonkkia
10.12.2019Sähköis-optista tietotekniikkaa
09.12.2019Lämpösähköä hiilinanoputkilla
09.12.2019Valokuitua selluloosasta
05.12.2019Näppärä terahertsinen tekniikka
04.12.2019Palamattomia litium-akkuja
03.12.2019Bittejä ja simulointia atomien mittakaavassa
02.12.2019Metallijohde Cooperin pareilla
29.11.2019Plasmoniikan avulla edullinen monispektrikamera
28.11.2019Hiilinanoputket pääsevät vauhtiin
27.11.2019Löytö ferrosähköisissä tuplaa potentiaalin
26.11.2019Antenni lämpösäteilylle
25.11.2019Jatkuvuutta Mooren laille
22.11.2019Skyrmioneja huonelämpötilassa
21.11.2019Hukkalämpö sähköksi uusin keinoin
20.11.2019Keinotekoiset lehdet tuottavat kaasua ja nesteitä
18.11.2019Fotonikytkin CMOS-piireille
15.11.2019Parempia langattomia anturitekniikoita
13.11.2019Uudenlaisia fotonisia nestekiteitä
12.11.2019Onnistumisia orgaanisissa
11.11.2019Kohti älykkäitä mikrorobotteja
09.11.2019Suomen suurin valtti kybersodassa on luottamus
08.11.2019Jäähdytystekniikkaa 3D-elektroniikalle vaikka avaruuteen
07.11.2019Uusia tiloja grafeenin taikakulmassa
06.11.2019Kohti antiferromagneettisia muisteja
05.11.2019Muuntaa 2D-tasot pehmeiksi ja joustaviksi 3D-rakenteiksi
04.11.2019Tarkempia kiderakenteita ja proteiineja aurinkokennoihin
01.11.2019Kvanttiakussa ei synny häviöitä
31.10.2019Keinoja ja visioita 2D-materiaalien käytölle
30.10.2019Käteviä ADC- ja DAC-muuntimia IoT-aikakaudelle
29.10.2019Kvanttipisteitä edullisesti ja tarkasti
25.10.2019Paljonko on kvanttilaskennan ylivoima?
24.10.2019Tehokkaampia superkondensaattoreita
23.10.2019Uudenlaisia kalvoja hiilinanoputkista
22.10.2019Valolla kohti huonelämpöistä kvanttitietokonetta
21.10.2019Japanissa kokeiltiin petabitin verkkoyhteyksiä
18.10.2019Suprajohtavuutta moduloiden
17.10.2019Spin- ja varausvirran hallintaa
16.10.2019Spektrometriaa sirupiirillä
15.10.2019Uusia ulottuvuuksia printtielektroniikalle
14.10.2019Löytö energiatehokkaalle elektroniikalle
11.10.2019Pikotiedettä ja uusia materiaaleja
10.10.2019Lomittumista 50 kilometrissä valokuitua
09.10.2019Koneoppiminen etsii uusia materiaaleja
08.10.2019Parhaat kahdesta maailmasta: Magnetismi ja Weyl -puolimetallit
07.10.2019Tehokkaampaa energian keruuta IoT-antureille
04.10.2019Uusia kierrätyskelpoisia akkukonsepteja
03.10.2019Supratekniikalla tehokkaampaa tietotekniikkaa
02.10.2019Paramagneettiset spinit tuottavat sähköä lämmöstä
01.10.2019Kolme kertaa parempi infrapunailmaisin
30.09.2019Yksisuuntainen radiotie synteettisellä Hall-efektillä
27.09.2019Katsaus kvanttilaskennan tekniikoihin
27.09.2019Muistipiirejä ilman kerrosrakennetta
25.09.2019Ennätysmäisiä aurinkokennoja
24.09.2019Topologinen eriste fotonien reitittäjäksi
23.09.2019Köyhän miehen kubitti
20.09.2019Kaksiulotteisia spin transistoreita ja muuntimia
19.09.2019Valokiteiden valmistus ja hallinta
18.09.2019Kaksi vapausastetta
17.09.2019Epätavallista magneettista käyttäytymistä
16.09.2019Nanolangat korvaavat lasiprismat
13.09.2019Tehokkaampaa sähköpolttoaineiden tuotantoa
12.09.2019Ensimmäinen monimutkainen kvanttiteleportaatio
11.09.2019Energian talteenottoa piipiiriltä
10.09.2019Uudenlainen pinnoite litium-metalli akuille
09.09.2019Uusi eristetekniikka pienemmille siruille
06.09.2019Hiilinanoputkia ja grafeenia
05.09.2019Nikkelioksidistako suprajohde?
04.09.2019Metamateriaaleja ja magnoniikkaa
03.09.2019Gallium-oksidi tehotransistoreita ennätysarvoilla
02.09.2019Muutos magneetissa itsessään
30.08.2019Transistori pellavalangasta
29.08.2019Robotti ottaa ajotarkkuuden hallintaansa
28.08.2019Enemmän irti MEMS-tekniikasta
27.08.2019Ensimmäinen havainto eksitonisesta eristeestä
26.08.2019Opto-elektroninen siru jäljittelee hermosoluja
23.08.2019Valoa vangiten ja suunnaten
22.08.2019Navigoi ja paikallista kuin pöllö

Näytä lisää »