Uma equipe de pesquisadores japoneses descobriu um novo mecanismo para explicar a ressonância estocástica, em que a sensibilidade a sinais fracos é aumentada pelo ruído. A descoberta deve ajudar os dispositivos eletrônicos a se tornarem menores e mais eficientes em termos de energia.

O ruído geralmente é um incômodo que abafa os pequenos sinais. Por exemplo, pode impedir você de entender o que seu parceiro está dizendo durante uma conversa. Contudo, sabe-se que os organismos vivos têm mais facilidade para detectar predadores em ambientes barulhentos, pois o ruído aumenta a sensibilidade dos órgãos sensoriais. Este fenômeno, chamada de ressonância estocástica, é considerado de grande utilidade para dispositivos de engenharia e abordando problemas de ruído em vários outros campos. Contudo, não houve explicações convincentes de por que o ruído aumenta a sensibilidade a sinais fracos desde o relatório inicial do fenômeno em 1981.

Um obstáculo que impede os pesquisadores de compreender totalmente o fenômeno é a complexidade das teorias não lineares que envolvem atrito e flutuação, ambos considerados essenciais para o fenômeno.

Para resolver este problema, O time, compreendendo o professor Seiya Kasai da Universidade de Hokkaido, Professor Associado Akihisa Ichiki da Universidade de Nagoya, e o pesquisador sênior Yukihiro Tadokoro, dos laboratórios centrais de P&D da Toyota., Inc., estabeleceu um modelo simples que excluía a força de atrito, um parâmetro que eles consideram desprezível em sistemas de escala nanométrica e molecular.

Os pesquisadores encontraram correlações entre sensibilidade e ruído em um sistema biestável, um sistema não linear que possui dois estados estáveis ​​e permite a transição entre eles dependendo dos valores de entrada, como uma gangorra. Eles também descobriram o papel do ruído gaussiano branco, o ruído mais padrão amplamente encontrado no mundo natural.

Quando ocorre uma transição sem atrito, a sensibilidade do sistema biestável a um sinal fraco imposto por ruído gaussiano torna-se significativamente alta. Além disso, os pesquisadores descobriram que a diferença relativa - que determina a sensibilidade - da função de distribuição gaussiana diverge na borda da cauda. Isso significa que a sensibilidade se torna anormalmente alta ao aumentar o limite do sistema biestável. Esta teoria foi verificada experimentalmente por um dispositivo eletrônico de dois estados denominado gatilho Schmitt.

Espera-se que a descoberta abra caminho para o uso de ruído em vez de eliminá-lo, que contribuirá para o estabelecimento de novas tecnologias. Isso poderia ajudar os dispositivos eletrônicos a se tornarem menores e mais eficientes em termos de energia. "Como o ruído gaussiano é comumente encontrado, nosso estudo deve nos ajudar a entender melhor vários fenômenos não lineares e flutuantes no mundo natural e na sociedade ", diz Kasai.