Los investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio han encontrado una manera simple, pero muy versátil, de generar "señales caóticas" con varias características. La técnica consiste en interconectar tres "osciladores en anillo", haciéndolos competir entre sí, mientras controlan susfortalezas respectivas y sus enlaces. El dispositivo resultante es bastante pequeño y eficiente, por lo tanto adecuado para aplicaciones emergentes como la realización de redes inalámbricas de sensores.
Nuestra capacidad para recrear las señales que se encuentran en los sistemas naturales, tales como los cerebros, enjambres y el clima, es útil para nuestra comprensión de los principios subyacentes. Estas señales pueden ser muy complejas, en el caso extremo de lallamadas "señales caóticas". Caos no significa aleatoriedad; representa un tipo de orden muy complicado. Los cambios mínimos en los parámetros de un sistema caótico pueden dar lugar a comportamientos muy diferentes. Las señales caóticas son difíciles de predecir, pero están presentes en lotesde diferentes escenarios.
Desafortunadamente, la generación de señales caóticas con características deseadas es una tarea difícil. Crearlas digitalmente en algunos casos consume demasiada energía, y son necesarios enfoques basados en circuitos analógicos. Ahora, investigadores en Japón, Italia y Polonia proponen un nuevoenfoque para crear circuitos integrados que pueden generar señales caóticas.Esta investigación fue el resultado de una colaboración entre científicos del Instituto de Tecnología de Tokio Tokyo Tech, en parte financiada por la Iniciativa World Research Hub, las universidades de Catania y Trento, Italia,y la Academia de Ciencias de Polonia en Cracovia, Polonia.
El equipo de investigación comenzó con la idea de que los ciclos que tienen períodos establecidos por diferentes números primos no pueden desarrollar una relación de fase fija. Sorprendentemente, este principio parece haber surgido en la evolución de varias especies de cigarras, cuyos ciclos de vida siguen números primos deaños, para evitar la sincronización entre ellos y con los depredadores. Por ejemplo, si uno intenta "unir" osciladores con períodos establecidos en los primeros tres números primos 3, 5 y 7, las señales resultantes son muy complicadas y el caos puedeser fácilmente generado
El diseño comenzó desde el oscilador más tradicional que se encuentra en los circuitos integrados, llamado "oscilador en anillo", que es pequeño y no requiere componentes reactivos condensadores e inductores. Dicho circuito se modificó para que las fuerzas de los osciladores en anillo tengantres, cinco y siete etapas podrían controlarse de forma independiente, junto con la estrechez de sus enlaces. El dispositivo podría generar señales caóticas en un amplio espectro de frecuencias, desde frecuencias audibles hasta la banda de radio 1 kHz a 10 MHz ". Además,podría hacerlo con un consumo de energía bastante bajo, inferior a una millonésima parte de un vatio ", explica el Dr. Hiroyuki Ito, jefe del laboratorio donde se diseñó el prototipo.
Aún más notable fue el descubrimiento de que se podían generar tipos de señales totalmente diferentes dependiendo de las características ligeramente diferentes de los prototipos individuales. Por ejemplo, los investigadores registraron trenes de picos bastante similares a los que se encuentran en las neuronas biológicas. También encontraron situacionesen el que los anillos "lucharon entre sí" hasta el punto de suprimir casi por completo su actividad: este fenómeno se llama "muerte por oscilación".
"Este circuito extrae su belleza de una forma y un principio realmente esenciales, y la simplicidad es clave para realizar grandes sistemas que operan colectivamente de manera armoniosa, especialmente cuando se enriquece con pequeñas diferencias e imperfecciones, como las que se encuentran en los circuitos realizados,"dice el Dr. Ludovico Minati, autor principal del estudio. El equipo cree en su capacidad futura de ser un componente básico para muchas aplicaciones diferentes. Trabajarán en la integración de este circuito con sensores para, por ejemplo, medir propiedades químicas en el sueloAdemás, crearán redes de estos osciladores en chips de computadora individuales interconectados de manera similar a los circuitos neuronales biológicos. Esperan realizar ciertas operaciones mientras consumen muchas veces menos energía que una computadora tradicional.
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Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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