"Обычно для получения приемлемого сигнала необходимо собрать вместе большое количество элементов со слабой интенсивностью, но здесь мы показали, что даже всего два элемента могут значительно усилить вибрационную активность, соединяясь с задержкой", - сказал ведущий исследователь Тору Охира. "Это говорит о том, что могут существовать способы усиления слабых сигналов в природе или технологии, просто за счет того, как вы организуете или соединяете системы. Теоретически это можно было бы сделать, не требуя больших затрат энергии".

Задержка важна, потому что ритм одного будет влиять на другой, но не сразу, что приведет к удивительной динамике. Когда вы вводите задержку, это допускает резонансные эффекты или конструктивные помехи, которых не было бы при немедленной обратной связи. Даже крошечная вибрация, если ее правильно рассчитать с задержкой, может добавляться к другой снова и снова, приводя к сложному резонансному поведению.

Хотя это звучит странно, аналогичный принцип наблюдается и в море. Небольшие волны, вызванные толчками в нужные моменты, вскоре перерастают в более крупные волны. Подобно волнам, компоненты сами по себе оказывают ограниченный эффект, поскольку они едва вибрируют, но при объединении с точно заданным интервалом система внезапно выдает мощный усиленный вибрационный сигнал.

"Мы были весьма удивлены, что простая перемонтажка с задержками может увеличить амплитуду в 10 раз (100 миллионов), используя всего две единицы измерения", - сказал Охира. "Это было в высшей степени нелогично, но это сработало. Тип колебаний, генерируемых в нашем исследовании, напоминает "волновые пакеты", которые являются концепцией, используемой в различных коммуникационных технологиях, включая беспроводную связь, где информация передается в виде модулированных волновых пакетов, а не непрерывных волн".

Их результаты могли бы переписать наше понимание биологических систем, включая нашу собственную. Традиционно ученые полагали, что для значительных вибраций, таких как сердцебиение, требуются тысячи синхронизированных клеток. Исследование Охиры предполагает, что даже без больших энергозатрат или большого количества людей все равно может быть сгенерирован мощный ритмический сигнал. Сердцебиение или мозговые волны не всегда могут зависеть от одних только чисел и синхронных взаимодействий, а от того, как взаимодействуют их компоненты и расстояние между ними.

"Естественное предположение состоит в том, что такое усиленное эмерджентное поведение требует большого количества взаимодействующих единиц. Например, синоатриальный узел - основной кардиостимулятор сердца - обычно состоит из нескольких тысяч - десятков тысяч клеток", - сказал Охира. "Однако мы демонстрируем, что значительное усиление может быть достигнуто только с помощью двух блоков".

Если это подтвердится экспериментально, это может открыть двери для новых разработок в области обработки информации и коммуникационных технологий. В технологиях, особенно в системах с низким энергопотреблением, таких как имплантируемые медицинские устройства или космические зонды, этот механизм мог бы обеспечить мощную передачу сигнала, не требуя высокого энергопотребления.

Исследование, опубликованное в журнале Chaos: Междисциплинарный журнал нелинейной науки, представляет новый способ мышления о генерации ритма и усилении сигнала, особенно об отправке и приеме сигналов на большие расстояния в условиях шума или ограниченного энергопотребления. Их выводы предполагают будущее, в котором меньшее на самом деле может стать большим, при условии правильного подключения.