Nell'elettronica convenzionale, viene dedicato un grande sforzo all'eliminazione della risonanza stocastica (SR), il fastidioso sibilo che generalmente ostacola il rilevamento di segnali deboli e degrada le prestazioni complessive del dispositivo. Ma, e se ci fosse un modo per sfruttare questo effetto per migliorare la trasmissione del segnale per una nuova generazione di dispositivi, come sensori bio-ispirati e processori informatici il cui design si basa sulle reti neurali del cervello?

I ricercatori dell'Università di Osaka in Giappone stanno lavorando per ottenere proprio questo, utilizzando nanotubi di carbonio a parete singola (SWNT). Hanno creato un dispositivo SR di rete sommatore che rileva i segnali sottosoglia, fabbricato per includere un componente auto-rumore. I ricercatori riportano i loro risultati questa settimana sulla rivista Lettere di fisica applicata .

"Le capacità funzionali del nostro dispositivo SR di rete, che si basa su nanomateriali densi e sfrutta il rumore spontaneo intrinseco a temperatura ambiente, offrono uno sguardo sui futuri dispositivi elettronici di ispirazione bio, " disse Megumi Akai-Kasaya, professore assistente all'Università di Osaka.

I ricercatori hanno saputo negli ultimi decenni che alcuni animali utilizzano la SR per migliorare la trasmissione o il rilevamento di segnali al di sotto della soglia di rilevamento. Pesci pagaia che vivono in fiumi fangosi, Per esempio, può rilevare, e quindi nutrirsi, il plancton più vicino solo quando c'è rumore elettrico di fondo proveniente da un'altra massa di plancton. Il rumore di fondo viene utilizzato per amplificare i segnali del vicino plancton. I gamberi usano anche SR, che fa parte del rumore meccanico in acqua, per rilevare i movimenti sottili dei predatori.

Ci sono anche prove che il cervello umano usa SR nell'elaborazione visiva. I segnali luminosi non rilevabili all'occhio destro diventano rilevabili attraverso l'aggiunta di rumore all'occhio sinistro. Più recentemente, i ricercatori hanno scoperto che l'aggiunta di rumore casuale come SR, nella giusta direzione, ai dispositivi elettronici può aumentare la rilevabilità dei segnali e l'efficienza di trasmissione delle informazioni.

Esistono due requisiti di base per lo sviluppo di un dispositivo elettronico basato su SR:una soglia di rilevamento del segnale e la presenza di rumore aggiuntivo. Per soddisfare questi requisiti nel proprio dispositivo SWNT, il team di ricerca ha creato una rete SWNT in cui fino a 300 nanotubi di carbonio sono stati allineati parallelamente tra loro tra elettrodi di cromo, che ha aumentato la capacità di rilevamento del segnale.

Hanno funzionalizzato gli SWNT con molecole di acido fosfomolibdico (PMo12), che può adsorbire saldamente su materiali di grafite, prima di asciugare il dispositivo su una piastra riscaldante a 150 gradi Celsius a pressione atmosferica. L'adsorbimento delle molecole PMo12 sugli SWNT ha generato rumore aggiuntivo.

"Gli SWNT possono essere generatori di rumore spontaneo, a causa della loro elevata sensibilità alle perturbazioni della superficie esterna, "Ha detto Akai-Kasaya. "Quello che abbiamo scoperto è che l'introduzione di un disgregatore in più:l'adsorbimento molecolare, e in particolare con l'adsorbimento di PMo12, ha generato un tipo ampio e regolabile di rumore elettrico oltre al comune rumore ambientale."

Il gruppo ha testato 10 diverse molecole adsorbite negli SWNT come generatori di rumore e ha scoperto che la combinazione SWNT/PMo12 era più del doppio dell'efficacia delle altre combinazioni funzionalizzate SWNT.

"Gli SWNT offrono un percorso promettente per realizzare un dispositivo SR di rete di somma di piccole dimensioni che utilizza la fluttuazione termica molecolare come fonte di rumore". disse Akai-Kasaya.