新加坡国立大学、湖南师范大学和南京大学的研究团队合作设计出了一种可以同时利用多种随机共振的新型传感器架构。相关研究成果以“Multi-Type Stochastic Resonances for Noise-Enhanced Mechanical, Optical, and Acoustic Sensing”为题发表在Research上。
Citation:
Liu Z, Qu K, Chen K, Li Z. Multi-Type Stochastic Resonances for Noise-Enhanced Mechanical, Optical, and Acoustic Sensing. Research 2024;7:Article 0386. https://doi.org/10.34133/research.0386
01
噪声对于人造材料和器件来说，一直是个令人头疼的问题。虽然我们尝试降低它，但始终无法完全消除。有趣的是，大自然中有一种叫做随机共振的现象，它却能巧妙地把噪声转化为优势。这种奇妙的现象最初是在20世纪80年代人们研究地球冰河时代周期时发现的。之后，科学家在生物系统里也发现了许多因噪声而增强的现象，并据此设计出能强化人体生物感受器的电子设备。
随机共振主要有两种：可激发随机共振和双稳态随机共振，这取决于它们的感觉阈值是单稳态还是双稳态。不过，目前大多数技术还只能应用于特定的物理系统，并且只能实现一种随机共振。如何将这种技术更广泛地应用到我们日常生活的传感器中，仍然是个未解的难题。
02
为了攻克这一难题，新加坡国立大学、湖南师范大学和南京大学的研究团队合作设计出了一种可以同时利用多种随机共振的新型传感器架构（图1）。
研究者们使用无线电路来实践他们的传感器设计，并成功将其应用到机械、光学和声学传感领域（图2）。他们充分考虑了日常生活中的各种噪声来源，如身体动作、环境光线和周围声音，并巧妙地将这些噪声转化为传感过程中的助力。结果显示，新传感器的性能在信噪比这一关键指标上，分别提升了8倍、2倍和5倍。
图1 用于机械、光学和声学传感的多类型随机共振
图2 机械、光学和声学传感器的示意图
03
研究者们认为，这一突破意味着人们将迎来一个全新的高性能传感器设计方案，这些传感器能在我们的日常生活中，特别是在可穿戴技术和元宇宙应用中，充分利用噪声来提升性能。
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