Las señales se pueden amplificar con una cantidad óptima de ruido, pero la resonancia estocástica es un fenómeno frágil. Los investigadores de AMOLF fueron los primeros en investigar el papel de la memoria para este fenómeno en una microcavidad óptica llena de aceite. Los efectos de la no linealidad lenta (es decir, la memoria) sobre la resonancia estocástica nunca se consideraron antes, pero estos experimentos sugieren que la resonancia estocástica se vuelve robusta a las variaciones en la frecuencia de la señal cuando los sistemas tienen memoria. Esto tiene implicaciones en muchos campos de la física y la tecnología energética. En particular, los científicos muestran numéricamente que la introducción de una no linealidad lenta en un oscilador mecánico que recolecta energía del ruido puede aumentar diez veces su eficiencia. Han publicado sus hallazgos en Cartas de revisión física el 27 de mayo.

No es fácil concentrarse en una tarea difícil cuando dos personas están discutiendo en voz alta junto a usted. Sin embargo, El silencio total no suele ser la mejor alternativa. Ya sea algo de música suave, el ruido del tráfico remoto o el zumbido de la gente charlando en la distancia, para mucha gente, una cantidad óptima de ruido les permite concentrarse mejor. "Este es el equivalente humano de la resonancia estocástica, ", dice el líder del grupo AMOLF, Said Rodríguez." En nuestros laboratorios científicos, La resonancia estocástica ocurre en sistemas no lineales que son biestables. Esto significa que, para una entrada determinada, la salida puede cambiar entre dos valores posibles. Cuando la entrada es una señal periódica, la respuesta de un sistema no lineal puede amplificarse mediante una cantidad óptima de ruido utilizando la condición de resonancia estocástica ".

Glaciaciones

En la década de 1980, La resonancia estocástica se propuso como una explicación de la recurrencia de las glaciaciones. Desde entonces, se ha observado en muchos sistemas naturales y tecnológicos, pero esta observación generalizada plantea un enigma para los científicos, Dice Rodríguez. "La teoría sugiere que la resonancia estocástica solo puede ocurrir en una frecuencia de señal muy específica. Sin embargo, Existen muchos sistemas que abarcan el ruido en entornos donde las frecuencias de las señales fluctúan. Por ejemplo, Se ha demostrado que ciertos peces se alimentan del plancton al detectar una señal que emiten, y que una cantidad óptima de ruido mejora la capacidad del pez para detectar esa señal a través del fenómeno de resonancia estocástica. Pero, ¿cómo puede este efecto sobrevivir a las fluctuaciones en la frecuencia de la señal que ocurren en entornos tan complejos? "

Efectos de memoria

Rodríguez y su Ph.D. estudiante Kevin Peters, el primer autor del artículo, fueron los primeros en demostrar que los efectos de la memoria deben tenerse en cuenta para resolver este rompecabezas. "La teoría de la resonancia estocástica asume que los sistemas no lineales responden instantáneamente a una señal de entrada. Sin embargo, en realidad, la mayoría de los sistemas responden a su entorno con un cierto retraso y su respuesta depende de todo lo que sucedió antes, ", dice. Estos efectos de la memoria son difíciles de describir teóricamente y de controlar experimentalmente, pero el grupo Interacting Photons en AMOLF ahora ha manejado ambos.

Rodríguez dice, "Hemos agregado una cantidad controlada de ruido a un rayo de luz láser y lo hemos iluminado en una pequeña cavidad llena de aceite, que es un sistema no lineal. La luz hace que suba la temperatura del aceite, y sus propiedades ópticas para cambiar, pero no de inmediato. Tarda unos 10 microsegundos; por lo tanto, el sistema no es instantáneo, así como. En nuestros experimentos, hemos demostrado por primera vez que la resonancia estocástica puede ocurrir en una amplia gama de frecuencias de señales cuando están presentes los efectos de la memoria ".

Recolección de energía

Habiendo demostrado así que la ocurrencia generalizada de resonancia estocástica puede deberse a una dinámica de la memoria aún desapercibida, los investigadores esperan que sus resultados inspiren a colegas en varios otros campos de la ciencia a buscar efectos sobre la memoria en sus propios sistemas. Para ampliar el impacto de sus hallazgos, Rodríguez y su equipo han investigado teóricamente los efectos de la respuesta no instantánea en los sistemas mecánicos para la recolección de energía. "Los pequeños dispositivos piezoeléctricos que recolectan energía de las vibraciones son útiles cuando el reemplazo de la batería es difícil, por ejemplo en marcapasos u otros dispositivos biomédicos, ", explica." Hemos encontrado un aumento de diez veces en la cantidad de energía que se puede obtener de las vibraciones ambientales, si se hubieran incorporado efectos de memoria ".

El siguiente paso obvio para el grupo es expandir su sistema con varias cavidades conectadas llenas de aceite e investigar el comportamiento colectivo que surge del ruido. Rodríguez no teme salir de su zona de confort científico. Él dice:"Sería genial si pudiéramos asociarnos con investigadores que tengan experiencia en osciladores mecánicos. Si podemos implementar nuestros efectos de memoria en esos sistemas, el impacto en la tecnología energética será enorme ".