Фоновый шум может улучшить обнаружение сигнала датчиками

Добавление шума для усиления слабого сигнала — это вполне обычное явление в мире животных, но необычное для различных сенсоров и датчиков, созданных человеком. Учёные из американского штата Пенсильвания провели эксперимент, во время которого добавили незначительное количество фонового шума, чтобы усилить очень слабые сигналы в источнике света, слишком тусклом для восприятия.

Для большинства датчиков шум является паразитным влиянием и создаёт проблемы, поэтому его при возможности стараются убрать. Однако исследователи обнаружили, что добавление необходимого количества фонового шума может фактически увеличить слишком слабый для датчиков сигнал до уровня, когда его уже можно обнаружить. Они создали датчик на основе двумерного дисульфида молибдена (MoS2), на который направляли свет при различной интенсивности фонового шума. Результаты эксперимента показали, что добавление низкоинтенсивного освещения позволяет снизить границу обнаружения сигнала.

Такое явление называется стохастическим резонансом, и оно часто наблюдается в природе, например, у рыб, улавливающих сигналы от планктона, или у насекомых, чувствующих лесные пожары на расстоянии 80 км. Стохастический резонанс позволяет обнаружить очень слабый сигнал с помощью определённого количества шума.

Тот же принцип может быть использован для обнаружения разных сигналов, а поскольку датчик очень миниатюрный и требует мало энергии по сравнению с обычными датчиками, то он может найти широкое применение в IoT-устройствах. Учёные также считают, что их разработка улучшит любой современный датчик. Её можно использовать для улавливания очень слабых сигналов глубоко под водой, например, в океанах, в вулканических районах для мониторинга землетрясений и даже в военных целях. Следующий шаг — продемонстрировать эту методику на кремниевом фотодиоде, который позволит сделать устройство масштабируемым.