Междисциплинарная группа физиков-теоретиков и физиков-экспериментаторов из ETH Zurich преуспела в этом самом расчете. Исследователи впервые смогли описать, как параметрические колебания (собственный драйв ребенка) можно использовать для измерения внешней силы (толчка родителей).
Их открытие находит применение в датчиках, и ученые подали заявку на патент на основной принцип.Преимущества для небольших датчиков«Многие современные датчики уже основаны на колебаниях», — говорит Одед Зильберберг, профессор Института теоретической физики. «С помощью небольших резонаторов вы можете измерять, например, силу, давление, массу, звук или температуру.
Атомно-силовые микроскопы также построены на этом принципе». Но в этих приложениях — часто встречающихся в области микротехнологии — в настоящее время используются менее сложные колебания, известные как гармонические колебания.Чтобы в этих измерениях использовались сложные колебания, как предлагают Зильберберг и его коллеги, необходим сдвиг парадигмы: датчики должны быть спроектированы иначе. По словам физика, новый принцип дает особые преимущества для очень маленьких датчиков.
Это позволило бы создавать чрезвычайно маленькие, но точные датчики, поскольку измерительный сигнал в новом принципе лучше выделяется на фоне фонового шума, чем в существующих методах.Эксперименты с атомами и гитарными струнамиУченые открыли новый принцип при анализе параметрических колебаний в эксперименте по квантовой физике с атомами рубидия, захваченными лазером. Поняв фундаментальное взаимодействие между параметрическими и толкаемыми колебаниями, исследователи затем напрямую продемонстрировали эффект, используя параметрически колеблющуюся гитарную струну.
Ученые воздействовали на струну пульсирующей силой, непрерывно меняя частоту пульса. Исследователи заметили, что сила вибрации струны (амплитуда) не изменялась полностью непрерывно, но имел место довольно резкий скачок амплитуды на определенной частоте.
Как они обнаружили, эта «частота скачков» напрямую зависит от силы приложенной силы и, следовательно, может использоваться в качестве измерителя силы.Зильберберг и его коллеги сейчас ищут промышленных партнеров для помощи в разработке сенсоров с высоким разрешением. Новый принцип может быть применен даже в компьютерных технологиях. Зильберберг: «На самых ранних этапах компьютерной эры существовала компьютерная память, основанная на осцилляторах, известных как параметроны.
Позже компьютерная индустрия потеряла к ним интерес, но наше открытие могло вдохнуть новую жизнь в эту область исследований».