Forskare utvecklade och demonstrerade en ljusbaserad enhet som efterliknar störningen från Eigenmannia-fisk. Dessa fiskar avger ett elektriskt fält för avkänning och kommunikation och använder ett system för att undvika störningar för att förhindra störningar från sin signal från andra signaler som potentiellt kan orsaka störningar. Kredit:Originalfoto av Will Kirk, Wikipedia, Creative Commons Attribution Creative Commons, Attribution 2.5 Generisk licens. Bild modifierad av Mable P. Fok, University of Georgia.
För första gången, forskare har visat en ljusbaserad enhet som efterliknar en fiskes otroliga störningssvar (JAR) genom att flytta frekvensen för en utsänd signal bort från andra signaler som potentiellt kan orsaka störningar. Det nya systemet kan så småningom hjälpa till att övervinna den spektrala bandbreddskrisen som orsakas av allt fler trådlösa enheter och överförd data som konkurrerar om plats på en begränsad mängd tillgänglig bandbredd.
Eigenmannia är grottlevande fiskar som lever i fullständigt mörker. Att överleva utan närvaro av ljus, fisken avger ett elektriskt fält för att kommunicera med andra fiskar och känna av den omgivande miljön. När två fiskar avger signaler vid liknande frekvenser kan de störa varandra, eller sylt, skapa en kodad signal. Tack vare en unik neural algoritm, dessa fiskar kan justera sina elektriska kommunikationssignaler så att de inte stör dem som kommer från andra fiskar i närheten.
"Vi tror att människor kan använda samma neurologiska algoritm för att förhindra störningar, som Eigenmannia, men med en mycket snabbare hastighet och frekvens, "sade forskargruppens ledare Mable P. Fok från University of Georgia." Detta kan möjliggöra ett smartare och mer dynamiskt sätt att använda våra trådlösa kommunikationssystem utan att behöva de komplicerade koordineringsprocesser som för närvarande förhindrar störningar genom att reservera hela delar av bandbredden för specifika telefonbärare eller användare som militären. "
I tidskriften The Optical Society (OSA) Optik Express , forskarna visade en ljusbaserad, eller fotonisk, JAR som kan användas för att undvika störningar. De visade att systemet fungerar ungefär som Eigenmannias JAR genom att det upptäcker om en annan signal kan ge ett störningsproblem och sedan intelligent förskjuter sin utsändande signal högre eller lägre i frekvens så att den rör sig bort från störningssignalen utan att korsa dess frekvens, vilket skulle förstärka störningen.
Eftersom systemet för att undvika störningar är ljusbaserat, bara små justeringar behövs för att använda den med ett brett spektrum av frekvenser:från megahertz -frekvenser som används för radio- och GPS -kommunikation till gigahertz -signalerna som används av mobiltelefoner och radar. Att använda en ljusbaserad enhet möjliggör också snabbare automatisk respons på en potentiell störningssignal än vad ett elektroniskt system kan åstadkomma.
Forskargruppmedlem Ryan Toole (mitten) och teamledare Mable Fok (till höger) går med en besökande student från Kina för experiment i labbet. Upphovsman:Mable P. Fok, University of Georgia
Stoppa störningen
Den nya tekniken kan hjälpa till med signalstörningar på flera områden. Till exempel, den kan användas för att undvika oavsiktlig störning när radar ombord på flygplan eller militära fordon arbetar i samma område. Det kan också användas i miljöer som sjukhus där trådlösa enheter kan störa trådlösa överföringar från medicinska instrument.
"Så småningom, detta tillvägagångssätt kan användas för att uppnå effektiv användning av det trådlösa spektrumet genom att låta trådlösa enheter automatiskt flytta till en frekvens som inte stör andra signaler i närheten, "sa Fok." Detta kan sänka kostnaden för att använda det trådlösa spektrumet eftersom tjänsteleverantörer inte skulle behöva betala för att reservera stora mängder bandbredd. Detta, i tur och ordning, kan göra det mer överkomligt att ta med mobil teknik till utvecklingsländer, där den kan användas för att stödja viktiga tjänster som telemedicin eller distansutbildning. "
Efterliknar neuroner
Det nya fotoniska JAR-systemet använder en optisk komponent från hyllan som kallas en halvledaroptisk förstärkare (SOA) för att efterlikna Eigenmannias JAR. SOA identifierar egenskaperna hos sin egen utsända signal och använder den som referens för att upptäcka en eventuell störning och för att avgöra om den signalen är högre eller lägre i frekvens. Den flyttar sedan den utsända signalen bort från den potentiella störningssignalen.
"För att skapa det fotoniska systemet, vi var tvungna att förstå hur neuroner i Eigenmannia utför JAR och sedan översätta det från en teknisk synvinkel till en fotonisk design, "sa Fok." Eftersom SOA faktiskt fungerar väldigt mycket som en neuron kan den användas för att utföra alla nödvändiga uppgifter. "
Forskarna testade sitt fotoniska JAR med hjälp av olika typer av störningssignaler i mikrovågsområdet i det elektromagnetiska spektrumet, som används för lokala trådlösa nätverk som Bluetooth. "Vi kunde se det fotoniska JAR -systemet flytta signalfrekvensen när en störningssignal närmade sig och sluta röra sig om störfrekvensen rörde sig bort, "sa Fok." Det hände automatiskt, nästan som om den var vid liv. "
Forskarna arbetar nu med att förbättra systemet så att det kan svara på mer än en störningssignal i närheten. De vill också göra systemet bärbart och mer användarvänligt för icke-tekniska användare.
