这是一款简单而多功能的新型混沌振荡电路设计

东京工业大学的研究人员发现了一种简单但多功能的方法来产生具有各种特征的“混沌信号”。该技术包括互连三个“环形振荡器”,有效地使它们相互竞争,同时控制它们各自的优势和它们之间的联系。所得到的设备相当小且高效,因此适用于诸如实现传感器的无线网络的新兴应用。

我们重建自然系统中发现的信号的能力,例如大脑,群体和天气中的信号,对于我们理解基本原理很有用。对于所谓的“混沌信号”的极端情况,这些信号可能非常复杂。混沌并不意味着随机性; 它代表了一种非常复杂的订单。混沌系统参数的微小变化可能导致极大的不同行为。混沌信号很难预测,但它们存在于许多不同的场景中。

不幸的是,产生具有所需特征的混沌信号是一项艰巨的任务。在某些情况下,以数字方式创建它们太耗电,并且基于模拟电路的方法是必要的。现在,日本,意大利和波兰的研究人员提出了一种创建可产生混沌信号的集成电路的新方法。这项研究是东京工业大学(东京工业大学)科学家合作的结果,部分资金来自世界研究中心倡议,意大利卡塔尼亚和特伦托大学以及波兰克拉科夫的波兰科学院。

研究小组从这样的想法开始,即具有由不同素数设定的周期的周期不能形成固定的相位关系。令人惊讶的是,这种原理似乎已经出现在几种蝉的进化中,其生命周期遵循素数年,以避免彼此同步和与捕食者同步。例如,如果试图将周期设置为前三个素数(3,5和7)的振荡器“连接在一起”,则产生的信号非常复杂并且可以容易地产生混沌

该设计始于集成电路中最传统的振荡器,称为“环形振荡器”,它很小,不需要无功元件(电容器和电感器)。对这样的电路进行了修改,以便可以独立地控制具有三级,五级和七级的环形振荡器的强度以及它们的连接的紧密性。该设备可以在宽频谱上产生混沌信号,从可听频率到无线电频段(1 kHz到10 MHz)。“此外,它可以以相当低的功耗消耗,低于百万分之一瓦特,”原型设计实验室负责人Hiroyuki Ito博士解释道。

更为显着的是发现可以生成完全不同类型的信号,这取决于各个原型的略微不同的特征。例如,研究人员记录了与生物神经元中发现的尖峰序列非常相似的尖峰序列。他们还发现了戒指“相互争斗”到几乎完全抑制其活动的情况:这种现象被称为“振荡死亡”。

“这个电路从一个非常重要的形状和原理中汲取美感,简单是实现大型系统以和谐方式共同运行的关键,特别是当它通过微小的差异和缺陷(例如在实现的电路中发现的那些)进行丰富时,” Ludovico Minati博士,该研究的第一作者。该团队相信其未来能够成为许多不同应用的构建模块。他们将致力于将该电路与传感器集成,例如,测量土壤中的化学特性。此外,他们将在单个计算机芯片上创建这些振荡器的网络,这些芯片以类似于生物神经电路的方式互连。他们希望实现某些操作,同时消耗的功率比传统计算机低很多倍。

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