要做一个更好的传感器，只需添加噪音

在动物世界中，通过添加噪声来增强微弱信号是一种常见的感知现象，但在人造传感器中却不常见。现在，宾夕法尼亚州立大学的研究人员加入了少量的背景噪音，以增强光源太暗而无法感知的微弱信号。

与大多数传感器相比，噪声是一个应该被抑制的问题，他们发现，添加适量的背景噪声实际上会增加信号微弱到普通传感器无法察觉的程度，从而达到可检测的程度。

尽管他们的传感器基于一种名为二硫化钼的二维材料，可以探测光线，但同样的原理也可以用于探测其他信号，而且与传统传感器相比，这种传感器只需要很少的能量和空间，因此在即将到来的物联网(IoT)中可以得到广泛应用。物联网将部署数以千万计的传感器来监测家庭和工厂的情况，低能耗需求将是一个巨大的优势。

“这种现象在自然界中很常见，”工程科学和力学助理教授Saptarshi Das说。“例如，生活在泥泞水域的白鲟实际上无法通过视觉找到它的食物，那是一种叫做水蚤的浮游植物。白鲟有电感受器，可以接收50米以内水蚤发出的非常微弱的电信号。如果你增加一点噪音，它可以在75米甚至100米的地方发现水蚤。这种能力增加了这种动物的进化成功。”

另一个有趣的例子是宝石甲虫，它可以探测到50英里以外的森林火灾。最先进的红外探测器只能探测到10到20英里的距离。这是由于一种被这些动物称为随机共振的现象。

“随机共振现象,微弱信号检测阈值以下的传感器可以检测到在一个有限的和适量的噪音,“据Akhil Dodda研究生在工程科学和力学和co-first作者一篇新论文出现在本周的《自然通讯。

在他们的论文中，研究人员演示了该技术首次用于检测亚阈值光子信号。

一种可能的用途是用于战斗中的部队。在战场上的陆军人员已经携带了非常笨重的装备。添加需要增强亚阈值信号的重的、耗电的设备是不可行的。他们的技术也适用于资源有限的环境，或者人们想要监控非常微弱信号的海底。它还可以用于火山地区或及时监测地震以发出警报。

“谁会想到噪音能在信号检测中发挥建设性的作用?”我们已经挑战了传统，用极小的能量消耗来检测其他无法检测到的信号。这可以打开一扇门，进入一个完全未被探索和忽视的噪声增强信号检测领域，”Aaryan Oberoi说，他是工程科学与力学学院的研究生，也是该论文的第一作者之一。

他们的下一步是在硅光电二极管上演示这项技术，这将使该设备具有很强的可扩展性。Das说，任何先进的传感器都可以通过这个概念得到增强。

该团队已经提交了一份临时专利申请，随后将提交一份完整的专利申请。 

这篇题为“MoS2光电探测器的随机共振”的论文的其他作者是研究生Tanushree H Choudhury，材料科学与工程，以及Joan Redwing，材料科学、工程和电气工程教授，都来自宾夕法尼亚州立大学。

这项工作的部分资金由空军科学研究办公室提供。