MATEMÁTICAS, FÍSICA Y QUÍMICA: Física

El papel constructivo del ruido

  • Facebook
  • Delicious
  • Meneame
  • Arroba

El ruido suele ser una molestia, pero investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid y otros centros internacionales han descrito un efecto de este tipo de ondas de sonido que se puede emplear en la decodificación y creación de señales extremadamente débiles.

Más información sobre:
ruido
sonido
audio

SINC | | 04 octubre 2018 20:00

<p>Ondas de sonido. / UC3M</p>

Ondas de sonido. / UC3M

El ruido puede inducir orden espacial y temporal en sistemas no lineales (en matemáticas, son aquellos cuyo comportamiento no se puede expresar como la suma de los comportamientos de sus descriptores), lo que ayuda a detectar y amplificar señales externas débiles difícilmente detectables por los amplificadores convencionales, según un equipo internacional compuesto por investigadores de de Alemania, China y España en el que participa la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M).

El trabajo, publicado en dos artículos de la revista Physical Review Letters, explica que este efecto se puede usar en la decodificación y en la creación de señales extremadamente débiles, sin necesidad de una señal de referencia y en un tiempo mucho menor del que necesita un amplificador convencional.

Hasta ahora, todos los métodos para detectar señales muy débiles (con frecuencias altas) se basaban en la sincronización de esa señal débil con una señal de referencia, por lo que una señal de frecuencia desconocida (como, por ejemplo, un mensaje cifrado o un fragmento de información apenas audible) podía pasar desapercibida si estaba 'escondida' en un ruido fuerte de fondo.

Un efecto del ruido se puede usar en la decodificación y creación de señales extremadamente débiles

Los científicos han encontrado un sistema electrónico en estado estacionario que produce oscilaciones coherentes y estables de la corriente al aplicarle un ruido, lo que se llama 'resonancia coherente'.

La frecuencia de estas oscilaciones varía continuamente en un amplio rango de cero a cien megahercios. Si además se le superpone una señal débil de frecuencia en ese rango, el sistema se sincroniza con la señal débil, lo que se llama resonancia estocástica. Esto se puede usar para detectar, procesar e interpretar la señal débil, en un espacio de tiempo menor y sin necesidad de una señal de referencia como en los métodos convencionales.

Estos hallazgos podrían utilizarse para identificar señales que estén escondidas en una gran cantidad de ruido o, recíprocamente, para cifrar señales envolviéndolas en un ruido de fondo y recuperándolas más tarde. Por ejemplo, se podría extraer la información de una conversación que hubiera sido grabada en una habitación ruidosa, podrían analizarse de forma más eficiente observaciones astronómicas enmascaradas por un gran ruido de fondo, e incluso sería posible procesar señales de imágenes.

Un papel constructivo en lugar de una molestia

"El ruido es habitualmente una molestia que queremos evitar y minimizar en aplicaciones prácticas. Sin embargo, hay veces en las que el ruido desempeña un papel constructivo que se puede explotar para producir resultados útiles", expone Luis L. Bonilla, investigador del departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales e Ingeniería Química y del Instituto Gregorio Millán Barbany de la UC3M.

Para demostrar la existencia de estas resonancias producidas por el ruido y aprovechables para la decodificación de señales débiles, el equipo de investigación experimentó con una superred de semiconductores que alterna periódicamente capas de arseniuro de galio con otras de una aleación de arseniuro de galio con un 45 por ciento de aluminio.

Las simulaciones numéricas basadas en modelos de transporte de electrones se realizaron en el Instituto Gregorio Millán y el departamento de Materiales de la UC3M, y los experimentos de laboratorio tuvieron lugar en el Instituto SINANO de Suzhou y en la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa (China) con muestras creadas en el Instituto Paul Drude de Berlín (Alemania).

Referencias bibliográficas:

Emanuel Mompo, Miguel Ruiz-Garcia, Manuel Carretero, Holger T. Grahn, Yaohui Zhang, Luis L. Bonilla, Coherence resonance and stochastic resonance in an excitable semiconductor superlattice (Resonancia coherente y resonancia estocástica en una superred semiconductora excitable). Physical Review Letters.
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.086805 

Zhengzheng Shao, Zhizhen Yin, Helun Song, Wei Liu, Xiujian Li, Jubo Zhu, Klaus Biermann, Luis L. Bonilla, Holger T. Grahn, Yaohui Zhang, Fast Detection of a Weak Signal by a Stochastic Resonance Induced by a Coherence Resonance in an Excitable GaAs / Al 0.45 Ga 0.55 As Superlattice (Detección rápida de una señal débil por una resonancia estocástica inducida por una resonancia coherente en una superred excitable de GaAs / Al 0.45 Ga 0.55 As). Physical Review Letters. 
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.086806

Si eres periodista y quieres el contacto con los investigadores, regístrate en SINC como periodista.

Zona geográfica: Comunidad de Madrid
Fuente: UC3M

Comentarios

QUEREMOS SABER TU OPINIÓN

Por favor, ten en cuenta que SINC no es un consultorio de salud. Para este tipo de consejos, acude a un servicio médico.

AGENCIA SINC EN TWITTER