Превише позадинске буке обично омета ваш рад. Али физичари су урадили нешто невероватно: развили су се
Како функционишу конвенционални и микроскопски мотори?
У&нбсп;свакодневном животу људикористе&нбсп;моторе и&нбсп;моторе који троше гориво за усмерено кретање&нбсп;и тако обављају користан посао. У микроскопском свету све је компликованије. Тамо бука у виду топлоте може све да поквари.
Топлотна бука у околини изазиваКомпоненте малих аутомобила „љуљају се напред-назад све време“, објашњавају научници. Као резултат тога, мали мотор не ради ефикасно колико би могао.
Шта је са информационим машинама?
Постоји посебна породица микроскопскихмашине познате као информациони мотори, који користе буку за покретање циљаног кретања. Они користе ове информације, појачавајући „тачне“ манипулације машином. Једноставно речено, информациони мотор је машина која претвара информације у рад.
Физичари и&нбсп;инжењери ће ово сматрати корисниммале моторе за развој нових микроскопских машина за нанотехнолошке апликације. Главна ствар је развити их тако да замене конвенционалне машине.
Аутори нове студије су продужили овај рад. Научили су више о томе како се информације могу користити у биомолекуларним машинама.
Шта су научници урадили?
Научници су направили информациони моторкористећи микроскопске стаклене перле величине бактерија суспендованих у води. Лопта се лабаво држи на месту помоћу ласерског зрака који делује као ослонац испод ње. Истовремено, молекули воде нежно гурају лопту због природних термичких вибрација у течности. С времена на време се „тресе“.
И ево трика:Када се лопта подиже против гравитације услед термичких вибрација, мења се и положај ласерског носача. У овом положају лопта има више ускладиштене или гравитационе потенцијалне енергије. Као лопта која ће пасти.
Шематски информациони механизам.&нбсп;(а) Детектор буке мери положај&нбсп;и&нбсп;лоптице која се стварно налази у&нбсп;
тачка х.&нбсп;Механизам заснован на (б) бучном мерењу положаја&нбсп;и или (ц) Бајесовској процени положаја Кс&нбсп;(плави испрекидани круг).&нбсп;Заслуге: Пхисицал Ревиев Леттерс&нбсп;(2022).&нбсп;ДОИ: 10.1103/ ПхисРевЛетт.129.130601
Научници нису морали чак ни да „подижу“ објекат;ово се десило природно, услед вибрација молекула воде. Тако је мотор претворио топлоту воде у ускладиштену гравитациону потенцијалну енергију, користећи повратне информације о кретању лопте да би подесио ласерску замку. „Одлука о томе да ли и колико подићи замку зависи од информација које прикупимо о положају перле. Делује као „гориво“ за мотор“, објашњавају научници.
У чему је потешкоћа?
Овако систем функционише, али да се правилно имплементираОва стратегија је тешка ако у систему постоји превише шума мерења. Настаје сјајем ласерског зрака који се користи за детекцију лопте. У таквим случајевима, несигурност њене позиције за свако мерење може бити већа од кретања објекта изазваног осцилирајућим молекулима воде. Као резултат, бука мерења доводи до погрешне повратне информације и тиме смањује продуктивност.
Типични информациони механизми који се користеалгоритми повратне спреге који доносе одлуке на основу последњег мерења положаја лопте. Али могу погрешити када су грешке мерења превелике. Научници су само желели да сазнају да ли постоји начин да се реши овај проблем.
Да ли постоји решење?
Развили су алгоритам повратне информације којисе заснива не само на директном мерењу последње позиције лопте (које може бити нетачно), већ и на свим претходним мерењима.&нбсп;Овај алгоритам филтрирања стога узима у обзир грешке мерења када врши Бајесову процену.
У математичкој статистици и теорији прихватањаБајесов процењивач одлука је статистички естиматор који минимизира постериорно очекивање функције губитка. Једноставно речено, максимизира постериорно математичко очекивање функције корисности.Подсетимо се да је постериорна вероватноћа условна вероватноћа случајног догађаја, под условом да су познати постериорни подаци, односно добијени након неког искуства.
Дакле, комбиновањем скупа бучнихмерења помоћу модела динамике лопте, могуће је повратити тачнију процену њеног правог положаја. Ово ће значајно смањити губитак перформанси.
„Бајесовски” компромис
Као део студије, научници јаснопоказала је да информациони механизам који примењује повратне информације на основу ових Бајесових процена ради знатно боље од конвенционалних информационих машина када су грешке мерења превелике. Већина типичних информационих машина ће се у овом случају једноставно зауставити.
Ово је изненадило научнике.Када грешке мерења пређу критични праг, наивна машина више не функционише као чисто информативна машина. „Најбоља стратегија за њу је да једноставно одустане и не уради ништа“, пишу истраживачи. Али Бајесов модел ради посао без обзира на величину грешке мерења, иако мале.
Перформансе информационих машина.(а) Наивна (црвена) и Бајесова (плава) излазна снага мотора података. Шупљи црвени маркери означавају излазну снагу када је α 0. (б) Разлика у стопи екстракције излазног рада за Бајесовске и наивне моторе, скалирана по максималној брзини.
Заслуге и ауторска права: Пхисицал Ревиев Леттерс (2022). ДОИ: 10.1103/ПхисРевЛетт.129.130601
Наравно, за&нбсп;способност БајесијанаИнформациони механизам мора да „плати“ да извуче енергију чак и са великим грешкама у мерењу. Пошто такав механизам користи информације из свих претходних мерења, захтева више простора за складиштење и времена за обраду информација.
И&нбсп;ово је логично.Минимизирање грешака мерења повећава не само рад извучен из осцилација, већ и трошкове обраде информација. Као резултат тога, научници су пронашли идеалну равнотежу — максималну ефикасност на средњем нивоу грешке мерења, када се може постићи добар ниво екстракције енергије. Истовремено, нема трошкова за обраду података.
Сада научници проучавају како ће на рад мотора утицати бука која настаје због других фактора осим топлоте.&нбсп;
Опширније:
Зашто Месец, а не Марс: главна ствар у мисији Артемис-1 и зашто је потребна
Древни амајлија поново је написао историју најмистериознијег европског језика
Побијена је главна теорија о пореклу човека: одакле смо дошли