IT之家 7 月 28 日消息，科技媒體 Tom"s Hardware 昨日（7 月 27 日）發布博文，報道稱德國科學家利用液滴中的 400 個微小顆粒，完成混沌信號預測和異常檢測。

(資料圖片僅供參考)

“混沌信號”通常指由混沌系統產生的時間序列：它看起來像隨機噪聲，但本質上是由確定性（可用方程描述）的系統動力學產生的。它的典型特點是對初始條件極度敏感、長期不可預測、但統計規律性仍然存在。

該研究成果由康斯坦茨大學和斯圖加特大學的物理學家團隊研究打造，相關成果發表在《通信、人工智能與計算》期刊上。

該陣列預測了一個混沌的麥基-格拉斯（Mackey-Glass）序列，并識別出了不影響信號均值、方差和短時自相關性的異常，在更復雜的任務中取得了 0.90 的 F1 值。

麥基-格拉斯序列是 Mackey-Glass 方程生成的混沌時間序列，具有確定性規則和復雜變化特征。研究通常用它檢驗系統對非線性時間依賴關系的預測能力。該序列常用于儲備池計算、神經網絡和其他時間序列模型的基準測試。

不過該系統的精度依然存在挑戰，論文中明確指出，單步麥基-格拉斯序列預測的歸一化均方根誤差約為 0.1，相比較基于憶阻器的儲能系統（誤差已達到 0.01 或更低），其陣列精度約為 10 分之一。

歸一化均方根誤差是指均方根誤差經過尺度歸一化后的指標，用于衡量預測值與真實值之間的偏差。數值越低，預測結果與目標序列越接近。

運行該儲液池需要一臺 532nm 激光器、一臺以 100 kHz 頻率掃描的雙軸聲光偏轉器、一臺帶有粒子追蹤功能的實時顯微鏡、一個溫控石英池，以及一臺普通計算機（用于處理 1000 個高斯核函數以生成輸出結果）。

在系統設計方面，每個振蕩器都是一個半徑為 3μm 的二氧化硅球，其一端覆蓋著 80nm 厚的碳層，并懸浮在 28°C 的水-二甲基吡啶混合溶液中。

科研團隊利用 532nm 激光加熱碳層，驅動粒子飛向預設的目標點。然而，由于成像和光束重新定位之間存在延遲，粒子會過沖并最終停留在一個較小的軌道上。液體中的流場會耦合相鄰的軌道，數據以目標點位移的形式輸入系統。

研究人員將振蕩器排列為六邊形晶格。單個粒子圍繞目標位置運行，軌道半徑約為 1?μm。陣列間距 L 可設為 12?μm、14?μm 或 30?μm。阻尼參數 Γ 可設為 0?μm、1.4?μm 或 1.5?μm。

脈沖測試中，研究人員將全部目標位置沿同一方向移動 4?μm，持續 4 個延遲時間 τ_d。由此測得的弛豫時間 τ_r 隨 L 和 Γ 變化超過 1 個數量級。

在混沌 Mackey–Glass 序列預測實驗中，陣列接收 6700 個時間步信號。前 80% 數據用于訓練線性讀出層，后 20% 數據用于驗證。

模擬結果顯示，輸入通道數 N 從 1 增加至 10 時，10 步預測誤差下降，繼續增加后性能下降。僅驅動 20% 的振蕩器時，系統仍保持較高預測準確率。

IT之家附上參考

關鍵詞： 粒子 陣列 序列 脈沖 振蕩器 混沌信號