Per la prima volta, i ricercatori hanno dimostrato un dispositivo basato sulla luce che imita l'incredibile risposta di prevenzione del disturbo (JAR) di un pesce allontanando la frequenza di un segnale emesso da altri segnali che potrebbero causare interferenze. Il nuovo sistema potrebbe alla fine aiutare a superare la crisi di larghezza di banda spettrale causata da un numero sempre crescente di dispositivi wireless e dati trasmessi in competizione per lo spazio su una quantità limitata di larghezza di banda disponibile.

Gli Eigenmannia sono pesci cavernicoli che vivono nella completa oscurità. Per sopravvivere senza la presenza della luce, i pesci emettono un campo elettrico per comunicare con altri pesci e per percepire l'ambiente circostante. Quando due pesci emettono segnali a frequenze simili possono interferire tra loro, o marmellata, creando un segnale criptato. Grazie a un algoritmo neurale unico, questi pesci possono regolare i loro segnali di comunicazione elettrica in modo che non interferiscano con quelli provenienti da altri pesci vicini.

"Pensiamo che gli umani potrebbero usare lo stesso algoritmo neurale di risposta di evitamento del disturbo dell'Eigenmannia, ma a una velocità e una frequenza molto più elevate, " ha affermato il leader del gruppo di ricerca Mable P. Fok dell'Università della Georgia. "Ciò potrebbe consentire un modo più intelligente e dinamico di utilizzare i nostri sistemi di comunicazione wireless senza la necessità dei complicati processi di coordinamento che attualmente prevengono i disturbi, riservando intere sezioni di larghezza di banda per operatori telefonici o utenti specifici come i militari".

Nella rivista The Optical Society (OSA) Optics Express , i ricercatori hanno dimostrato una luce basata, o fotonico, JAR che può essere utilizzato per evitare inceppamenti. Hanno dimostrato che il sistema funziona in modo molto simile al JAR di Eigenmannia in quanto rileva se un altro segnale potrebbe presentare un problema di disturbo e quindi sposta in modo intelligente il segnale di emissione più alto o più basso in frequenza in modo che si allontani dal segnale di disturbo senza attraversarne la frequenza, che amplificherebbe l'inceppamento.

Poiché il sistema di prevenzione del disturbo è basato sulla luce, sono necessari solo piccoli aggiustamenti per utilizzarlo con un'ampia gamma di frequenze:dalle frequenze megahertz utilizzate per la comunicazione radio e GPS ai segnali gigahertz utilizzati dai telefoni cellulari e dai radar. L'utilizzo di un dispositivo basato sulla luce consente inoltre una risposta automatica più rapida a un potenziale segnale di disturbo rispetto a quanto potrebbe realizzare un sistema elettronico.

Ridurre le interferenze

La nuova tecnologia potrebbe aiutare con l'interferenza del segnale in diverse aree. Per esempio, potrebbe essere utilizzato per evitare disturbi involontari quando radar a bordo di aerei o veicoli militari operano nella stessa area. Potrebbe essere utilizzato anche in ambienti come gli ospedali in cui i dispositivi wireless possono interferire con le trasmissioni wireless provenienti da strumenti medici.

"Infine, questo approccio potrebbe essere utilizzato per ottenere un uso efficace dello spettro wireless consentendo ai dispositivi wireless di spostarsi automaticamente su una frequenza che non interferisce con altri segnali nelle vicinanze, " ha detto Fok. "Questo potrebbe ridurre il costo dell'utilizzo dello spettro wireless perché i fornitori di servizi non dovrebbero pagare per riservare grandi quantità di larghezza di banda. Questo, a sua volta, potrebbe rendere più conveniente portare la tecnologia mobile nei paesi in via di sviluppo, dove potrebbe essere utilizzato per supportare servizi importanti come la telemedicina o la formazione a distanza."

Imitando i neuroni

Il nuovo sistema JAR fotonico utilizza un componente ottico standard noto come amplificatore ottico a semiconduttore (SOA) per imitare il JAR di Eigenmannia. La SOA identifica le proprietà del proprio segnale emesso e lo usa come riferimento per rilevare un potenziale disturbo e per determinare se quel segnale ha una frequenza maggiore o minore. Quindi allontana il segnale emesso dal potenziale segnale di disturbo.

"Per creare il sistema fotonico, dovevamo capire come i neuroni di Eigenmannia realizzano il JAR e poi tradurlo da un punto di vista ingegneristico in un progetto fotonico, " ha detto Fok. "Poiché la SOA in realtà agisce in modo molto simile a un neurone, potrebbe essere utilizzata per svolgere tutte le attività necessarie".

I ricercatori hanno testato il loro JAR fotonico utilizzando vari tipi di segnali di disturbo nella regione delle microonde dello spettro elettromagnetico, che viene utilizzato per reti wireless locali come Bluetooth. "Potevamo vedere il sistema JAR fotonico spostare la frequenza del segnale quando si avvicinava un segnale di disturbo e smettere di muoversi se la frequenza di disturbo si stava allontanando, " ha detto Fok. "È successo automaticamente, quasi come se fosse vivo."

I ricercatori stanno ora lavorando per migliorare il sistema in modo che possa rispondere a più di un segnale di disturbo nelle vicinanze. Vogliono anche rendere il sistema portatile e più facile da usare per gli utenti non tecnici.