這是一款簡單而多功能的新型混沌振蕩電路設計

東京工業大學的研究人員發現了一種簡單但多功能的方法來產生具有各種特征的“混沌信號”。該技術包括互連三個“環形振蕩器”，有效地使它們相互競爭，同時控制它們各自的優勢和它們之間的聯系。所得到的設備相當小且高效，因此適用于諸如實現傳感器的無線網絡的新興應用。

我們重建自然系統中發現的信號的能力，例如大腦，群體和天氣中的信號，對于我們理解基本原理很有用。對于所謂的“混沌信號”的極端情況，這些信號可能非常復雜。混沌并不意味著隨機性; 它代表了一種非常復雜的訂單。混沌系統參數的微小變化可能導致極大的不同行為。混沌信號很難預測，但它們存在于許多不同的場景中。

不幸的是，產生具有所需特征的混沌信號是一項艱巨的任務。在某些情況下，以數字方式創建它們太耗電，并且基于模擬電路的方法是必要的。現在，日本，意大利和波蘭的研究人員提出了一種創建可產生混沌信號的集成電路的新方法。這項研究是東京工業大學(東京工業大學)科學家合作的結果，部分資金來自世界研究中心倡議，意大利卡塔尼亞和特倫托大學以及波蘭克拉科夫的波蘭科學院。

研究小組從這樣的想法開始，即具有由不同素數設定的周期的周期不能形成固定的相位關系。令人驚訝的是，這種原理似乎已經出現在幾種蟬的進化中，其生命周期遵循素數年，以避免彼此同步和與捕食者同步。例如，如果試圖將周期設置為前三個素數(3,5和7)的振蕩器“連接在一起”，則產生的信號非常復雜并且可以容易地產生混沌

該設計始于集成電路中最傳統的振蕩器，稱為“環形振蕩器”，它很小，不需要無功元件(電容器和電感器)。對這樣的電路進行了修改，以便可以獨立地控制具有三級，五級和七級的環形振蕩器的強度以及它們的連接的緊密性。該設備可以在寬頻譜上產生混沌信號，從可聽頻率到無線電頻段(1 kHz到10 MHz)。“此外，它可以以相當低的功耗消耗，低于百萬分之一瓦特，”原型設計實驗室負責人Hiroyuki Ito博士解釋道。

更為顯著的是發現可以生成完全不同類型的信號，這取決于各個原型的略微不同的特征。例如，研究人員記錄了與生物神經元中發現的尖峰序列非常相似的尖峰序列。他們還發現了戒指“相互爭斗”到幾乎完全抑制其活動的情況：這種現象被稱為“振蕩死亡”。

“這個電路從一個非常重要的形狀和原理中汲取美感，簡單是實現大型系統以和諧方式共同運行的關鍵，特別是當它通過微小的差異和缺陷(例如在實現的電路中發現的那些)進行豐富時，” Ludovico Minati博士，該研究的第一作者。該團隊相信其未來能夠成為許多不同應用的構建模塊。他們將致力于將該電路與傳感器集成，例如，測量土壤中的化學特性。此外，他們將在單個計算機芯片上創建這些振蕩器的網絡，這些芯片以類似于生物神經電路的方式互連。他們希望實現某些操作，同時消耗的功率比傳統計算機低很多倍。