La resonancia estocástica ( SR ) es un fenómeno en el que una señal que normalmente es demasiado débil para ser detectada por un sensor, puede aumentarse agregando ruido blanco a la señal, que contiene un amplio espectro de frecuencias. Las frecuencias del ruido blanco correspondientes a las frecuencias de la señal original resonarán entre sí, amplificando la señal original sin amplificar el resto del ruido blanco, lo que aumenta la relación señal-ruido , lo que hace que la señal original sea más prominente. Además, el ruido blanco agregado puede ser suficiente para ser detectado por el sensor, que luego puede filtrarlo para detectar de manera efectiva la señal original, previamente indetectable.
Este fenómeno de potenciar señales indetectables mediante la resonancia con ruido blanco añadido se extiende a muchos otros sistemas, ya sean electromagnéticos, físicos o biológicos, y es un área activa de investigación. [1]
La resonancia estocástica (SR) se observa cuando el ruido agregado a un sistema cambia el comportamiento del sistema de alguna manera. Más técnicamente, la SR ocurre si la relación señal-ruido de un sistema o dispositivo no lineal aumenta para valores moderados de intensidad de ruido . Suele ocurrir en sistemas biestables o en sistemas con un umbral sensorial y cuando la señal de entrada al sistema es "subumbral". Para intensidades de ruido más bajas, la señal no hace que el dispositivo cruce el umbral, por lo que poca señalse pasa a través de él. Para grandes intensidades de ruido, la salida está dominada por el ruido, lo que también conduce a una baja relación señal/ruido. Para intensidades moderadas, el ruido permite que la señal alcance el umbral, pero la intensidad del ruido no es tan grande como para inundarla. Por lo tanto, un gráfico de la relación señal/ruido en función de la intensidad del ruido contiene un pico.
Estrictamente hablando, la resonancia estocástica ocurre en sistemas biestables, cuando se aplica una pequeña fuerza periódica ( sinusoidal ) junto con una gran fuerza estocástica de banda ancha (ruido). La respuesta del sistema está impulsada por la combinación de las dos fuerzas que compiten/cooperan para hacer que el sistema cambie entre los dos estados estables. El grado de orden está relacionado con la cantidad de función periódica.que muestra en la respuesta del sistema. Cuando la fuerza periódica se elige lo suficientemente pequeña para que no cambie la respuesta del sistema, se requiere la presencia de un ruido no despreciable para que suceda. Cuando el ruido es pequeño, ocurren muy pocos cambios, principalmente al azar, sin una periodicidad significativa en la respuesta del sistema. Cuando el ruido es muy fuerte, ocurre una gran cantidad de cambios para cada período de la sinusoide y la respuesta del sistema no muestra una periodicidad notable. Entre estas dos condiciones, existe un valor óptimo del ruido que coopera con el forzamiento periódico para hacer casi exactamente un cambio por período (un máximo en la relación señal-ruido).
Tal condición favorable está determinada cuantitativamente por la combinación de dos escalas de tiempo: el período de la sinusoide (la escala de tiempo determinista) y la tasa de Kramers [2] (es decir, la tasa de cambio promedio inducida por el ruido único: la inversa de la estocástica escala de tiempo [3] [4] ). De ahí el término "resonancia estocástica".
La resonancia estocástica fue descubierta y propuesta por primera vez en 1981 para explicar la recurrencia periódica de las glaciaciones. [5] Desde entonces, el mismo principio se ha aplicado en una amplia variedad de sistemas. Hoy en día, la resonancia estocástica se invoca comúnmente cuando el ruido y la no linealidad concurren para determinar un aumento de orden en la respuesta del sistema.