Un team di ricercatori giapponesi ha scoperto un nuovo meccanismo per spiegare la risonanza stocastica, in cui la sensibilità ai segnali deboli è potenziata dal rumore. Si prevede che la scoperta aiuterà i dispositivi elettronici a diventare più piccoli e più efficienti dal punto di vista energetico.

Il rumore è generalmente un fastidio che copre i piccoli segnali. Per esempio, può impedirti di cogliere ciò che il tuo partner sta dicendo durante una conversazione. Però, è noto che gli organismi viventi trovano più facile individuare i predatori in ambienti rumorosi poiché il rumore aumenta la sensibilità degli organi sensoriali. Questo fenomeno, chiamata risonanza stocastica, è considerato di grande utilità per i dispositivi di ingegneria e per affrontare i problemi di rumore in vari altri campi. Però, non ci sono state spiegazioni convincenti sul perché il rumore aumenti la sensibilità ai segnali deboli sin dalla prima segnalazione del fenomeno nel 1981.

Un ostacolo che impedisce ai ricercatori di comprendere appieno il fenomeno è la complessità delle teorie non lineari che coinvolgono attrito e fluttuazione, entrambi considerati essenziali per il fenomeno.

Per affrontare questo problema, Il gruppo, composto dal professore dell'Università di Hokkaido Seiya Kasai, Professore Associato Akihisa Ichiki dell'Università di Nagoya, e il ricercatore senior Yukihiro Tadokoro di Toyota Central R&D Labs., Inc., stabilito un modello semplice che escludeva la forza di attrito, un parametro che considerano trascurabile nei sistemi su scala nanometrica e molecolare.

I ricercatori hanno trovato correlazioni tra sensibilità e rumore in un sistema bistabile, un sistema non lineare che ha due stati stabili e consente la transizione tra di essi a seconda dei valori di input, come un'altalena. Hanno anche scoperto il ruolo del rumore gaussiano bianco, il rumore più standard ampiamente diffuso nel mondo naturale.

Quando si verifica una transizione senza attrito, la sensibilità del sistema bistabile a un segnale debole imposto da rumore gaussiano diventa significativamente alta. Per di più, i ricercatori hanno scoperto che la differenza relativa, che determina la sensibilità, della funzione di distribuzione gaussiana diverge nel bordo della coda. Ciò significa che la sensibilità diventa anormalmente alta aumentando la soglia del sistema bistabile. Questa teoria è stata verificata sperimentalmente da un dispositivo elettronico a due stati chiamato trigger di Schmitt.

La scoperta dovrebbe aprire la strada all'utilizzo del rumore piuttosto che eliminarlo, che contribuirà alla creazione di nuove tecnologie. Potrebbe aiutare i dispositivi elettronici a diventare più piccoli e più efficienti dal punto di vista energetico. "Poiché il rumore gaussiano si trova comunemente, il nostro studio dovrebbe aiutarci a comprendere meglio vari fenomeni non lineari e fluttuanti nel mondo naturale e nella società", afferma Kasai.