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

25.06.2019Lasertekniikalla grafeenia hyötykäyttöön
24.06.2019Ionitekniikkaa kondensaattoreihin
20.06.2019Tehokkaampia tehopiiritekniikoita
19.06.2019Uutta tekniikkaa 2D-materiaalin venytyksellä
18.06.2019Bioparisto IoDT-sovelluksille
17.06.2019Uusia ovia nanofotoniikan maailmaan
14.06.2019Biologian avulla sähkö varastoon ja hiili kiertoon
13.06.2019Orgaaniset laserdiodit unelmasta todellisuuteen
12.06.2019Uusia ominaisuuksia elektroniikalle
11.06.2019Uusi laite pakkaa enemmän valokuituun
10.06.2019Tutkijat yrittävät luoda ihmisen kaltaista koneajattelua
07.06.2019Vaihtoehtoja elektroniikan vauhdittamiseen
06.06.2019Hiiliseostus muuttaa puolijohtavaa 2D-materiaalia
05.06.2019Hämähäkin aisteja autonomisille koneille
04.06.2019Elektronin geometria määritelty
03.06.2019Fyysikot löytäneet uudenlaisia spin-aaltoja
30.05.2019Pesunkestävää kangaselektroniikkaa
29.05.2019Uusia ratkaisuja kaoottisille värähtelypiireille
27.05.2019Magneettista oppimista tietojenkäsittelyyn
24.05.2019Auttaa robotteja muistamaan
23.05.2019Ultrapuhdas valmistustapa 2D-transistoreille
22.05.2019Erittäin nopeita magneettisia muisteja
21.05.2019Happea akkujen kehitykseen
20.05.2019Neulanreiät hologrammeja tuottamaan
17.05.2019Lasketaan nopeammin kvasihiukkasilla
16.05.2019Kondensaattoreita tulostamalla
15.05.2019Kvanttitietotekniikkaa grafeenin ja piin avulla
14.05.2019Suurtaajuussiirto tehostuu grafeenilla
13.05.2019Aivomaista tietotekniikkaa
11.05.2019Kvanttitason mittauksia
09.05.2019Tehokkaampia muistimateriaaleja
08.05.2019Lämpösähköä spinien tasolta
07.05.2019Suurin ja nopein optinen kytkinpiiri
06.05.2019Tehokkaita lämpöjohteita nanoelektroniikalle
03.05.2019Monenlaista ledien värien hallintaa
02.05.2019Staattinen negatiivinen kondensaattori
30.04.2019Kompaktia pitkäaaltoista viestintää
29.04.2019Nanoklustereista puolijohteita
26.04.2019Uudenlainen spintransistori
25.04.2019Aurinkoa seuraten
24.04.2019Kvanttimateriaali aivojen kaveriksi
23.04.2019Uusia rakenteita Litium-ioni akuille
18.04.2019Spinaaltoja nanoelektroniikkaan
17.04.2019Huonelämpötilassa toimivia keinotekoisia atomeja
16.04.2019Uusi ihmemateriaali: yksittäisiä 2D-fosforeeninauhoja
15.04.2019Eksoottisia kvanttivaikutuksia
12.04.2019Fononeja suunnaten ja laseroiden
11.04.2019Kuparipohjainen vaihtoehto kullalle
09.04.2019Vanhassa vara parempi
08.04.2019Mainoksen esittelyteksti
08.04.2019Tehokkaita ledejä nanolangasta
05.04.2019Nanogeneraattori kankaalle 3D-tulostuksella
03.04.2019Topologiaa valoaalloille
02.04.2019Kolme mittausta yhdellä selluanturilla
01.04.2019Monipuolisia orgaanisia transistoreita
29.03.2019Kvanttisimulointia valolla
28.03.2019Sähköä syöviä mikrobeja
27.03.2019Proteiini tarjoaa vaihtoehtoja ionijohteille
26.03.2019Metamateriaali ratkoo yhtälöitä
25.03.2019Molekyylimoottorit toimivat yhdessä
22.03.2019Laveampaa kvantti-informaation vaihtoa
21.03.2019RF-fotoneja ja kvanttihyppyjä
20.03.2019Säädettävää ja äänennopeaa lämmönjohdetta
19.03.2019Molekyylielektroniikan toimintoja kvantti-interferenssillä
18.03.2019Nesteitä ja molekyylejä sähkön tuottajiksi
15.03.2019Moiré-kuviot tuottavat superhiloja
14.03.2019Kvanttivaloa ja kvanttipisteitä
13.03.2019Kävisikö pii sittenkin akkuanodiksi
12.03.2019DNA-tietotekniikka tehostuu
11.03.2019Kvanttianturi tehostaa syövän hoitoa
08.03.2019Miten olisi magnonielektroniikka?
07.03.2019Spintroniikka näyttää kykynsä
06.03.2019Eriväristen fotonien lomittaminen
05.03.2019Ionisia transistoreita bioelektroniikalle
04.03.2019Valon ansoittaminen kolmiulotteisesti
04.03.2019Muokattava kaistaero grafeenilla
28.02.2019Magneettisuus kääntyy sähkökentällä
27.02.20193D-tulostuksella mekaanisia logiikkaportteja
26.02.2019Kertakäyttöisiä antureita 3D-tulostuksella
25.02.2019Kierteisiä elektroneja ja eksitoneja
25.02.2019Käännetään ledi jäähdyttäjäksi
21.02.2019Monimuotoisia kaksiulotteisia
20.02.2019Huonelämpöinen alusta kvanttiteknologialle
19.02.2019Lisäkalvo tekee litiumioniakuista turvallisia
18.02.2019Uusia materiaaleja elektroniikalle
15.02.2019Elektronien nestettä huonelämpötilassa
14.02.2019Parempaa orgaanista seostusta ja rajapintoja
13.02.2019Eksitoneja, bieksitoneja ja polaritoneja samassa materiaalissa
12.02.2019Muistitekniikan kehityssuuntia
11.02.2019Vähemmän kohinaa
08.02.2019Protoneista akkujen varausten siirtäjä?
07.02.2019Negatiivista kapasitanssia
06.02.2019Grafeeniantureita aivoihin ja mikropiireille
05.02.2019Hiilidioksidipäästöt vedyksi ja sähköksi
04.02.2019Nopeutta orgaanisille akuille
01.02.2019Kahdenlaisia varauksenkantajia suprajohteissa
31.01.2019Energian keruuta MEMS:llä ja fraktaaleilla
30.01.2019Anturiverkoille mallia sammakoilta
29.01.2019Valon ohjelmointia sirulla
28.01.2019Kemiallista logiikkaa

Näytä lisää »