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A dynamical approach to generate chaos in a micromechanical resonator
Microsystems & Nanoengineering ( IF 7.9 ) Pub Date : 2021-02-19 , DOI: 10.1038/s41378-021-00241-6
Martial Defoort 1 , Libor Rufer 1 , Laurent Fesquet 1 , Skandar Basrour 1
Affiliation  

Chaotic systems, presenting complex and nonreproducible dynamics, may be found in nature, from the interaction between planets to the evolution of weather, but can also be tailored using current technologies for advanced signal processing. However, the realization of chaotic signal generators remains challenging due to the involved dynamics of the underlying physics. In this paper, we experimentally and numerically present a disruptive approach to generate a chaotic signal from a micromechanical resonator. This technique overcomes the long-established complexity of controlling the buckling in micro/nanomechanical structures by modulating either the amplitude or the frequency of the driving force applied to the resonator in the nonlinear regime. The experimental characteristic parameters of the chaotic regime, namely, the Poincaré sections and Lyapunov exponents, are directly comparable to simulations for different configurations. These results confirm that this dynamical approach is transposable to any kind of micro/nanomechanical resonator, from accelerometers to microphones. We demonstrate a direct application exploiting the mixing properties of the chaotic regime by transforming an off-the-shelf microdiaphragm into a true random number generator conforming to the National Institute of Standards and Technology specifications. The versatility of this original method opens new paths to combine the unique properties of chaos with the exceptional sensitivity of microstructures, leading to emergent microsystems.



中文翻译:

在微机械谐振器中产生混沌的动力学方法

从行星之间的相互作用到天气的演变,在自然界中可以找到呈现复杂且不可复制的动力学的混沌系统,但也可以使用当前的先进信号处理技术进行定制。然而,由于底层物理的动力学,混沌信号发生器的实现仍然具有挑战性。在本文中,我们通过实验和数值方法提出了一种从微机械谐振器生成混沌信号的破坏性方法。该技术通过在非线性状态下调制施加到谐振器的驱动力的振幅或频率,克服了长期以来控制微/纳米机械结构屈曲的复杂性。混沌状态的实验特征参数,即,Poincaré 截面和 Lyapunov 指数可以直接与不同配置的模拟进行比较。这些结果证实,这种动态方法可用于任何类型的微/纳米机械谐振器,从加速度计到麦克风。我们通过将现成的微隔膜转换为符合美国国家标准与技术研究所规范的真正随机数发生器,展示了利用混沌机制的混合特性的直接应用。这种原始方法的多功能性开辟了新途径,将混沌的独特属性与微结构的特殊敏感性相结合,从而形成新兴的微系统。这些结果证实,这种动态方法可用于任何类型的微/纳米机械谐振器,从加速度计到麦克风。我们通过将现成的微隔膜转换为符合美国国家标准与技术研究所规范的真正随机数发生器,展示了利用混沌机制的混合特性的直接应用。这种原始方法的多功能性开辟了新途径,将混沌的独特属性与微结构的特殊敏感性相结合,从而形成新兴的微系统。这些结果证实,这种动态方法可用于任何类型的微/纳米机械谐振器,从加速度计到麦克风。我们通过将现成的微隔膜转换为符合美国国家标准与技术研究所规范的真正随机数发生器,展示了利用混沌机制的混合特性的直接应用。这种原始方法的多功能性开辟了新途径,将混沌的独特属性与微结构的特殊敏感性相结合,从而形成新兴的微系统。我们通过将现成的微隔膜转换为符合美国国家标准与技术研究所规范的真正随机数发生器,展示了利用混沌机制的混合特性的直接应用。这种原始方法的多功能性开辟了新途径,将混沌的独特属性与微结构的特殊敏感性相结合,从而形成新兴的微系统。我们通过将现成的微隔膜转换为符合美国国家标准与技术研究所规范的真正随机数发生器,展示了利用混沌机制的混合特性的直接应用。这种原始方法的多功能性开辟了新途径,将混沌的独特属性与微结构的特殊敏感性相结合,从而形成新兴的微系统。

更新日期:2021-02-21
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