Adicionar ruído para aumentar um sinal fraco é um fenômeno de detecção comum no mundo animal, mas incomum em sensores feitos pelo homem. Agora, os pesquisadores da Penn State adicionaram uma pequena quantidade de ruído de fundo para realçar sinais muito fracos em uma fonte de luz muito fraca para detectar.

Em contraste com a maioria dos sensores, para o qual o ruído é um problema que deve ser suprimido, eles descobriram que adicionar a quantidade certa de ruído de fundo pode realmente aumentar um sinal muito fraco para ser detectado por sensores normais, a um nível que pode atingir a detectabilidade.

Embora seu sensor, com base em um material bidimensional chamado dissulfeto de molibdênio, detecta luz, o mesmo princípio pode ser usado para detectar outros sinais, e porque requer muito pouca energia e espaço em comparação com sensores convencionais, poderia encontrar ampla adaptação na vindoura Internet das Coisas (IoT). A IoT implantará dezenas de milhões de sensores para monitorar as condições nas residências e nas fábricas, e os baixos requisitos de energia seriam um grande bônus.

“Este fenômeno é algo freqüentemente visto na natureza, "diz Saptarshi Das, professor assistente de ciências da engenharia e mecânica. "Por exemplo, um peixe-remo que vive em águas lamacentas não consegue realmente encontrar seu alimento, que é um fitoplâncton chamado Daphnia, por sinal. O peixe-remo tem eletrorreceptores que podem captar sinais elétricos muito fracos da Dáfnia em até 50 metros. Se você adicionar um pouco de ruído, pode encontrar a Daphnia a 75 metros ou mesmo a 100 metros. Essa habilidade contribui para o sucesso evolutivo deste animal. "

Outro exemplo interessante é o besouro de joia, que pode detectar um incêndio florestal a 50 milhas de distância. O detector infravermelho mais avançado só pode detectar a uma distância de 10 a 20 milhas. Isso se deve a um fenômeno que esses animais usam, denominado ressonância estocástica.

"A ressonância estocástica é um fenômeno onde um sinal fraco que está abaixo do limite de detecção de um sensor pode ser detectado na presença de uma quantidade finita e apropriada de ruído, "de acordo com Akhil Dodda, um estudante de graduação em ciência da engenharia e mecânica e co-primeiro autor em um novo artigo publicado esta semana em Nature Communications .

Em seu jornal, os pesquisadores demonstram o primeiro uso desta técnica para detectar um sinal fotônico subliminar.

Um possível uso sendo considerado é para tropas em combate. O pessoal do exército em campo já carrega equipamentos muito volumosos. É inviável adicionar o pesado, equipamento que consome muita energia necessário para melhorar um sinal de sublimiar. Sua técnica também é aplicável em ambientes com recursos limitados ou no fundo do oceano, onde as pessoas desejam monitorar sinais muito fracos. Também pode ser usado em locais vulcânicos ou para monitorar terremotos a tempo de dar um alarme.

"Quem teria pensado que o ruído poderia desempenhar um papel construtivo na detecção de sinal? Desafiamos a tradição de detectar sinais de outra forma indetectáveis ​​com consumo de energia minúsculo. Isso pode abrir portas para um campo totalmente inexplorado e ignorado de detecção de sinal de ruído aprimorado, "disse Aaryan Oberoi, um estudante de graduação do Departamento de Ciência da Engenharia e Mecânica e co-autor do artigo.

O próximo passo é demonstrar esta técnica em um fotodiodo de silício, o que tornaria o dispositivo muito escalonável. Qualquer sensor de última geração pode ser aprimorado por este conceito, Das diz.