В большинстве современных устройств, начиная от простейших электронных часов, используются специальные компоненты, называемые тактовыми генераторами, которые при подаче на них соответствующего сигнала начинают выдавать колебания со строго заданной частотой. Более сложные устройства на базе микропроцессоров нуждаются, как правило, в нескольких различных тактовых частотах, что решается путем установки нескольких независимых тактовых генераторов, основой которых является элемент под названием кварцевый резонатор. Ученые их Центра наноразмерных материалов (Center for Nanoscale Materials, CNM) Национальной лаборатории Аргона нашли способ увеличения функциональных способностей тактовых генераторов. Созданное ими микроэлектромеханическое устройство способно вырабатывать сразу несколько опорных частот, что позволит упростить схемы электронных устройств, заменив одним универсальным несколько тактовых генераторов.
"Если возбудить новый генератор правильным способом, его структура начинает колебаться сложным образом, а спектр этих колебаний раскладывается на несколько независимых частот, равномерно распределенных по рабочему диапазону" - рассказывает Даниэль Лопес (Daniel Lopez), глава исследовательской группы, Теперь, вместо установки в каждое устройство резонатора с необходимыми характеристиками, мы сможем устанавливать туда однотипные устройства, способные вырабатывать сигналы сразу нескольких необходимых частот".
Размером, чуть больше крупинки соли, новый резонатор является электрическим воплощением так называемой частотной гребенки, устройства, широко используемого сейчас в оптике и лазерной технике. Гребенкой такое устройство называется из-за того, что генерируемые им частоты, представленные в виде графика, весьма напоминают зубья расчески.
Микроэлектромеханический резонатор приобрел свойства частотной гребенки из-за сложной природы колебаний его активного элемента. Этот элемент совершает колебания сразу двух видов - традиционные линейные колебания, от одной стороны резонатора к другой, и колебания "скручивания". Несмотря на кажущуюся простоту всего этого, движение резонатора описывается сложнейшими математическими уравнениями, которые были составлены группой экспертов в области нелинейной динамики.
Помимо применения в электронных устройствах в качестве тактового генератора, новый резонатор может использоваться для изучения определенного типа динамических процессов в механических, оптических и биологических системах. Он может стать микромеханическим компонентом устройства, которое максимально реалистично подражает способу, которым нейроны реагируют на внешние раздражители или стимулы. Конечно же, на таких компонентах не выйдет создать платформу для универсальных и мощных систем искусственного интеллекта, однако, такие элементы смогут наделить небольшой толикой интеллекта устройства, которые нуждаются в такой способности.
Следующими шагами, которые намерены сделать ученые, станет создание более высокочастотных вариантов частотных гребенок, способных вырабатывать частоты, близкие к тактовым частотам современных микропроцессоров. Параллельно с этим ученые будут пытаться увеличить число "зубцов" гребенки, т.е. частот, которые будут вырабатывать новые генераторы.
