Pour créer un meilleur capteur, ajoutez simplement du bruit – Technoguide

L’ajout de bruit pour améliorer un signal faible est un phénomène de détection courant dans le monde animal mais inhabituel dans les capteurs artificiels. Maintenant, les chercheurs de Penn State ont ajouté une petite quantité de bruit de fond pour améliorer les signaux très faibles dans une source de lumière trop faible pour être détectée.

Contrairement à la plupart des capteurs, pour lesquels le bruit est un problème qui devrait être supprimé, ils ont constaté que l’ajout de la bonne quantité de bruit de fond peut en fait augmenter un signal trop faible pour être détecté par des capteurs normaux, à un niveau pouvant atteindre la détectabilité.

Bien que leur capteur, basé sur un matériau bidimensionnel appelé bisulfure de molybdène, détecte la lumière, le même principe peut être utilisé pour détecter d’autres signaux, et comme il nécessite très peu d’énergie et d’espace par rapport aux capteurs conventionnels, pourrait trouver une large adaptation dans le futur. Internet des objets (IoT). L’IoT déploiera des dizaines de millions de capteurs pour surveiller les conditions à la maison et dans les usines, et de faibles besoins énergétiques seraient un avantage considérable.

«Ce phénomène est souvent observé dans la nature», déclare Saptarshi Das, professeur adjoint de sciences de l’ingénieur et de mécanique. “Par exemple, un paddlefish qui vit dans des eaux boueuses ne peut pas trouver sa nourriture, qui est un phytoplancton appelé Daphnia, à vue. Le paddlefish a des électrorécepteurs qui peuvent capter un signal électrique très faible de la Daphnie jusqu’à 50 mètres. Si vous ajoutez un peu de bruit, il peut trouver la Daphnie à 75 mètres voire 100 mètres. Cette capacité ajoute au succès évolutif de cet animal. “

Un autre exemple intéressant est le scarabée bijou, qui peut détecter un feu de forêt à une distance de 50 miles. Le détecteur infrarouge le plus avancé ne peut détecter que de 10 à 20 miles. Cela est dû à un phénomène que ces animaux utilisent, appelé résonance stochastique.

«La résonance stochastique est un phénomène où un signal faible qui est en dessous du seuil de détection d’un capteur peut être détecté en présence d’une quantité finie et appropriée de bruit», selon Akhil Dodda, étudiant diplômé en sciences de l’ingénieur et mécanique et co -premier auteur d’un nouvel article paru cette semaine dans Nature Communications.

Dans leur article, les chercheurs démontrent la première utilisation de cette technique pour détecter un signal photonique sous-seuil.

Une utilisation possible envisagée est celle des troupes au combat. Le personnel de l’armée sur le terrain transporte déjà du matériel très encombrant. Il est impossible d’ajouter l’équipement lourd et gourmand en énergie requis pour améliorer un signal sous-seuil. Leur technique est également applicable dans des environnements aux ressources limitées ou sous l’océan où les gens veulent surveiller des signaux très faibles. Il pourrait également être utilisé dans des endroits volcaniques ou pour surveiller les tremblements de terre à temps pour donner une alarme.

«Qui aurait pensé que le bruit pouvait jouer un rôle constructif dans la détection des signaux? Nous avons défié la tradition de détecter des signaux autrement indétectables avec une consommation d’énergie minuscule. Cela peut ouvrir les portes à un champ totalement inexploré et ignoré de détection de signal améliorée par le bruit», a déclaré Aaryan Oberoi, étudiant diplômé du Département des sciences de l’ingénieur et de la mécanique et co-premier auteur de l’article.

Leur prochaine étape est de démontrer cette technique sur une photodiode en silicium, ce qui rendrait le dispositif très évolutif. Tout capteur à la pointe de la technologie peut être amélioré par ce concept, dit Das.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par Penn State. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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