Une équipe de chercheurs japonais a découvert un nouveau mécanisme pour expliquer la résonance stochastique, dans lequel la sensibilité aux signaux faibles est renforcée par le bruit. Cette découverte devrait aider les appareils électroniques à devenir plus petits et plus économes en énergie.

Le bruit est généralement une nuisance qui noie les petits signaux. Par exemple, cela peut vous empêcher de saisir ce que votre partenaire dit pendant une conversation. Cependant, on sait que les organismes vivants détectent plus facilement les prédateurs dans les environnements bruyants car le bruit augmente la sensibilité des organes sensoriels. Ce phénomène, appelée résonance stochastique, est considéré comme d'une grande utilité pour les dispositifs d'ingénierie et pour résoudre les problèmes de bruit dans divers autres domaines. Cependant, il n'y a pas eu d'explications convaincantes sur les raisons pour lesquelles le bruit augmente la sensibilité aux signaux faibles depuis le premier rapport du phénomène en 1981.

Une pierre d'achoppement empêchant les chercheurs de comprendre pleinement le phénomène est la complexité des théories non linéaires impliquant la friction et la fluctuation, tous deux considérés comme essentiels au phénomène.

Pour résoudre ce problème, l'équipe, comprenant le professeur de l'Université d'Hokkaido Seiya Kasai, Professeur agrégé Akihisa Ichiki de l'Université de Nagoya, et chercheur principal Yukihiro Tadokoro de Toyota Central R&D Labs., Inc., a établi un modèle simple qui excluait la force de frottement, un paramètre qu'ils considèrent comme négligeable dans les systèmes à l'échelle nanométrique et moléculaire.

Les chercheurs ont trouvé des corrélations entre la sensibilité et le bruit dans un système bistable, un système non linéaire qui a deux états stables et permet la transition entre eux en fonction des valeurs d'entrée, comme une balançoire. Ils ont également compris le rôle du bruit blanc gaussien, le bruit le plus standard largement trouvé dans le monde naturel.

Lorsqu'une transition se produit sans frottement, la sensibilité du système bistable à un signal faible imposé par un bruit gaussien devient significativement élevée. Par ailleurs, les chercheurs ont découvert que la différence relative - qui détermine la sensibilité - de la fonction de distribution gaussienne diverge dans son bord arrière. Cela signifie que la sensibilité devient anormalement élevée en augmentant le seuil du système bistable. Cette théorie a été vérifiée expérimentalement par un dispositif électronique à deux états appelé déclencheur de Schmitt.

La découverte devrait ouvrir la voie à l'utilisation du bruit plutôt qu'à son élimination, qui contribuera à la mise en place de nouvelles technologies. Cela pourrait aider les appareils électroniques à devenir plus petits et plus économes en énergie. "Puisque le bruit gaussien est courant, notre étude devrait nous aider à mieux comprendre divers phénomènes non linéaires et fluctuants dans le monde naturel et la société », déclare Kasai.