Voor de eerste keer, onderzoekers hebben een op licht gebaseerd apparaat gedemonstreerd dat de ongelooflijke storingsvermijdingsreactie (JAR) van een vis nabootst door de frequentie van een uitgezonden signaal weg te bewegen van andere signalen die mogelijk interferentie kunnen veroorzaken. Het nieuwe systeem zou uiteindelijk kunnen helpen de spectrale bandbreedteschaarste te overwinnen die wordt veroorzaakt door het steeds groter wordende aantal draadloze apparaten en verzonden gegevens die strijden om ruimte op een beperkte hoeveelheid beschikbare bandbreedte.

Eigenmannia zijn in grotten levende vissen die in volledige duisternis leven. Om te overleven zonder de aanwezigheid van licht, de vissen zenden een elektrisch veld uit om met andere vissen te communiceren en de omgeving waar te nemen. Als twee vissen signalen met dezelfde frequenties uitzenden, kunnen ze met elkaar interfereren, of jam, het creëren van een vervormd signaal. Dankzij een uniek neuraal algoritme, deze vissen kunnen hun elektrische communicatiesignalen aanpassen zodat ze de signalen van andere nabijgelegen vissen niet storen.

"We denken dat mensen hetzelfde neurale algoritme voor het vermijden van storingen kunnen gebruiken als de Eigenmannia, maar met een veel hogere snelheid en frequentie, ", zegt onderzoeksteamleider Mable P. Fok van de Universiteit van Georgia. "Dit zou een slimmere en meer dynamische manier kunnen bieden om onze draadloze communicatiesystemen te gebruiken zonder de noodzaak van de ingewikkelde coördinatieprocessen die momenteel storing voorkomen door hele secties bandbreedte te reserveren voor specifieke telefoonmaatschappijen of gebruikers zoals het leger."

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Optica Express , de onderzoekers toonden een op licht gebaseerde, of fotonisch, JAR die kan worden gebruikt om vastlopen te voorkomen. Ze toonden aan dat het systeem veel op de JAR van Eigenmannia lijkt, omdat het detecteert of een ander signaal een storingsprobleem zou kunnen vormen en vervolgens zijn uitzendende signaal op intelligente wijze hoger of lager in frequentie verschuift, zodat het van het stoorsignaal weggaat zonder de frequentie te overschrijden, wat de storing zou versterken.

Omdat het storingsvermijdingssysteem op licht is gebaseerd, er zijn slechts kleine aanpassingen nodig om het met een breed frequentiebereik te gebruiken:van de megahertz-frequenties die worden gebruikt voor radio- en GPS-communicatie tot de gigahertz-signalen die worden gebruikt door mobiele telefoons en radars. Het gebruik van een op licht gebaseerd apparaat maakt ook een snellere automatische reactie op een potentieel storingssignaal mogelijk dan een elektronisch systeem zou kunnen bereiken.

De interferentie verminderen

De nieuwe technologie zou kunnen helpen bij signaalinterferentie op verschillende gebieden. Bijvoorbeeld, het kan worden gebruikt om onbedoelde storingen te voorkomen wanneer radars aan boord van vliegtuigen of militaire voertuigen in hetzelfde gebied actief zijn. Het kan ook worden gebruikt in omgevingen zoals ziekenhuizen waar draadloze apparaten de draadloze transmissie van medische instrumenten kunnen verstoren.

"Eventueel, deze benadering kan worden gebruikt om effectief gebruik te maken van het draadloze spectrum door draadloze apparaten automatisch naar een frequentie te laten gaan die andere signalen in de buurt niet verstoort, ", aldus Fok. "Dit zou de kosten van het gebruik van het draadloze spectrum kunnen verlagen, omdat serviceproviders niet hoeven te betalen om grote hoeveelheden bandbreedte te reserveren. Dit, beurtelings, zou het betaalbaarder kunnen maken om mobiele technologie naar ontwikkelingslanden te brengen, waar het kan worden gebruikt om belangrijke diensten zoals telegeneeskunde of afstandsonderwijs te ondersteunen."

Neuronen nabootsen

Het nieuwe fotonische JAR-systeem maakt gebruik van een kant-en-klare optische component die bekend staat als een halfgeleider optische versterker (SOA) om de JAR van Eigenmannia na te bootsen. De SOA identificeert de eigenschappen van zijn eigen uitgezonden signaal en gebruikt dat als referentie om een ​​mogelijke storing te detecteren en om te bepalen of dat signaal hoger of lager is in frequentie. Het verplaatst dan het uitgezonden signaal weg van het potentiële stoorsignaal.

"Om het fotonische systeem te creëren, we moesten begrijpen hoe neuronen in Eigenmannia de JAR uitvoeren en dat vervolgens vanuit een technisch oogpunt vertalen naar een fotonisch ontwerp, " zei Fok. "Omdat de SOA zich eigenlijk heel erg als een neuron gedraagt, kan het worden gebruikt om alle noodzakelijke taken uit te voeren."

De onderzoekers testten hun fotonische JAR met behulp van verschillende soorten stoorsignalen in het microgolfgebied van het elektromagnetische spectrum, die wordt gebruikt voor lokale draadloze netwerken zoals Bluetooth. "We konden zien dat het fotonische JAR-systeem de signaalfrequentie verplaatste wanneer een storingssignaal naderde en stopte met bewegen als de storingsfrequentie weg bewoog, "zei Fok. "Het ging vanzelf, bijna alsof het leeft."

De onderzoekers werken nu aan het verbeteren van het systeem, zodat het kan reageren op meer dan één storingssignaal in de buurt. Ze willen het systeem ook draagbaar en gebruiksvriendelijker maken voor niet-technische gebruikers.