想要製造更好的傳感器？加點噪音

將「隨機共振」效應應用於傳感器，可以檢測微弱信號。

對傳感器而言，噪聲往往是一個需要被抑制的因素。但通過添加噪音來增強微弱信號，是動物世界中常見的感知現象之一。然而，這在人造傳感器中並不多見。

《自然通訊》雜誌於當地時間9月2日報導，美國賓夕法尼亞州立大學的研究人員利用二維材料二硫化鉬開發了光線傳感器，通過加入適量背景噪音，增強了暗光源下、普通傳感器無法感知的微弱信號，使其達到可檢測的程度。同樣的原理也適用於探測其他信號。此外，與傳統傳感器相比，新型傳感器的能耗很低、佔據的空間也很小。因此，在即將來臨的物聯網（IoT）時代，這種新型傳感器可能有廣泛的應用前景。

論文作者、賓大工程科學與力學系助理教授Saptarshi Das說：「尋求噪聲幫助的現象在自然界中很常見。例如，生活在泥濘水域的匙吻鱘無法憑藉視覺尋找食物（水蚤），但它有一種電感受器，可以接收50米範圍內水蚤發出的微弱電信號。如果增加一點噪音，匙吻鱘可以發現75米甚至100米處的水蚤。這種能力對匙吻鱘的成功進化至關重要。」

另外一個有趣的例子是寶石甲蟲，它可以探測到50英裡外發生的森林火災。與之對比，最先進的紅外火災探測器的探測距離只有10~20英裡。

不論是匙吻鱘覓食，還是寶石甲蟲探測火災，都涉及了「隨機共振」概念。論文第一作者、研究生Akhil Dodda解釋：「隨機共振效應藉助適量噪音產生，即便信號超出了傳感器的檢測下限也能被成功檢出。」

在論文中，Das等演示了隨機共振技術在亞閾值光子信號檢測中的首次應用。研究人員表示，該技術表現出多個方向的應用潛質：（1）為攜帶笨重裝備的作戰人員減負；（2）資源制約型環境以及海底的微弱信號監控；（3）火山異動、地震的及時監測與預警。

論文作者、研究生Aaryan Oberoi說：「誰會料想到，噪音竟然能夠在信號檢測領域發揮重要作用？我們挑戰了傳統觀念，用極低的功耗檢測了微弱信號。這或許將引導研究人員進入被忽視的噪音增強信號檢測領域。」

下一階段，Das團隊計劃在矽光電二極體中應用噪音增強技術，這將使二極體設備具備更強的擴展性。Das表示，任何先進傳感器，都可以通過「隨機共振」概念增強。

編譯：雷鑫宇 審稿：西莫 責編：陳之涵

期刊來源：《自然通訊》

期刊編號：2041-1723

原文連結：https://phys.org/news/2020-09-sensor-noise.html

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