IEEE-websites plaatsen cookies op uw apparaat om u de beste gebruikerservaring te bieden. Door gebruik te maken van onze websites gaat u akkoord met het plaatsen van deze cookies. Lees ons privacybeleid voor meer informatie.

Toen een van ons (Roberson) in Wheaton, Illinois, woonde, schalde de FM-radio van zijn auto elke keer dat hij in de buurt van een op een paal gemonteerde elektrische transformator reed statisch. Nu, wanneer hij in de buurt van een bepaald kruispunt in Chicago is en een verhoogde trein passeert, wordt zijn mobiele telefoongesprek afgebroken. Hetzelfde overkwam hem in een snelstation in Washington, DC, tijdens een telefonische vergadering met de andere twee auteurs van dit artikel. Een van hen (Matheson) heeft zichzelf moeten trainen om te wachten tot de reclame begint voordat hij zijn elektrische tandenborstel aanzet, omdat het beeld en geluid van de tv in zijn slaapkamer altijd kapot gaat.

Geluidsoverlast door radiofrequentie is overal. Je kunt dit geluid natuurlijk niet zien, horen, proeven of ruiken. Je kunt het ook niet op je gemak oproepen en bestuderen, omdat het komt en gaat met de bewegingen van zijn bronnen of zijn slachtoffers. Begin met het feit dat elk belangrijk digitaal apparaat een hogesnelheidsklok en een digitale bus heeft, en dat beide veel straling lekken. Elektromotoren en generatoren genereren RF-ruis bij elke kleine vonk die tussen hun borstels en ronddraaiende collectoren springt. Automotoren sputteren als de bougies afgaan. Computers knappen en knallen tijdens de scherpe overgangen tussen enen en nullen. De hoogspanningsballasten van neonreclames en tl-lampen scheppen een brede mix van frequenties. Industriële machines, liften, lassers, relais, schakelende voedingen, zelfs lichtdimmerschakelaars dragen bij aan het lawaai. (Natuurlijk zijn er ook natuurlijke geluidsbronnen, waaronder bliksem en zonnevlammen, maar die problemen zullen we hier niet behandelen.)

De problemen van RF-vervuiling vallen in vier categorieën. Ten eerste verhoogt het de kosten van het inzetten van draadloze systemen, terwijl het de levensduur van de batterij van handsets verkort. Ten tweede creëert het verschillende interferentieniveaus over een reeks frequenties. Ten derde, interferentie speelt geen rol, maar zou moeten voorkomen in het beleid over hoe spectrum het beste kan worden gedeeld, aangezien hoe meer interferentie je hebt, hoe meer spectrum je nodig hebt om een ​​bepaalde hoeveelheid informatie over te dragen. In de praktijk halen draadloze kanalen dus niet altijd de datasnelheden waarvoor ze zijn ontworpen. En ten vierde is het duur om RF-vervuiling tot een bron te herleiden en als je dat doet, is het vaak een uitdaging om overtreders te laten stoppen met overtreden.

Het komende Internet of Things gaat de zaken nog erger maken. Veel slechter. Het zal dit doen door complexe RF-besturingschips toe te voegen aan talloze veelvoorkomende apparaten, zoals deursloten, lichtschakelaars, allerlei soorten apparaten, onze auto's en misschien zelfs ons lichaam, waardoor ze verbinding kunnen maken met internet. Elk van deze chips is een potentiële bron van ruis. Er zijn natuurlijk tal van technologische oplossingen beschikbaar, maar het enorme aantal chips betekent dat fabrikanten terughoudender zullen zijn om dure afscherming en andere geluiddempende functies aan hun producten toe te voegen. Stilte is goud: het kost geld om het te krijgen.

Het is nu tijd om een ​​publieke dialoog over deze kwestie aan te gaan. En omdat we het probleem decennialang hebben bestudeerd, zijn wij gewoon de mannen om het te doen.

Geloof het of niet, er is in de Verenigde Staten geen systematisch onderzoek meer gedaan naar radiofrequente ruis sinds het midden van de jaren zeventig, toen het Institute for Telecommunication Sciences (ITS), een onderdeel van de National Telecommunications and Information Administration, voor het laatst de federaal gebruik van het radiospectrum. Tegen die tijd was door de mens veroorzaakte elektronische ruis al bijna een halve eeuw een probleem, te beginnen met de introductie van commerciële radio-uitzendingen. In 1934 werd in Parijs het International Special Committee on Radio Interference opgericht en datzelfde jaar werd een commissie met hetzelfde mandaat opgericht door het Institute of Radio Engineers, een voorloper van de IEEE. Het geluidsprobleem groeide met het gebruik van elektriciteit en het aantal draadloze systemen, hoewel veel details in de loop van de tijd zijn veranderd.

Pas in 1927, met de uitvinding van een methode om RF-ruis te onderdrukken, was het mogelijk om naar een autoradio te luisteren terwijl de motor draaide. Tegen het einde van de jaren dertig had 20 procent van alle auto's in de Verenigde Staten ingebouwde radio's, wat betekent dat 80 procent vermoedelijk niet ruisonderdrukking had. Toen de ITS in het midden van de jaren zestig tot het begin van de jaren zeventig uitgebreide metingen deed van RF-verkeersgeluid, ontdekte het dat veel - misschien wel de meeste - auto's weinig ruisonderdrukking hadden. Sommigen maakten zoveel elektrisch geluid dat de mannen die de metingen uitvoerden de ruis van een paar straten verderop konden horen.

Tegenwoordig heeft elke auto een radio en is het lawaaierige bougieprobleem verdwenen. Het stille proces is voortgezet: in de jaren zestig begonnen stille dynamo's luidruchtige generatoren te vervangen en elektronische ontsteking begon luidruchtige distributeurs te vervangen. Ondertussen vervingen elektronische schakelaars luidruchtige relais. Elektrisch aangedreven auto's, die anders veel meer storing zouden veroorzaken dan standaardauto's, zijn voldoende ruisonderdrukking om mobiele telefoons en autoradio's te laten werken. Diezelfde verbetering kwam op de werkplek en thuis. Vroege lampdimmerschakelaars waren vaak elektronisch luidruchtig; tegenwoordig zijn de meeste veel stiller. Ook personal computers werden opnieuw ontworpen voor stilte, al was het maar omwille van hun eigen interne en externe draadloze dataverbindingen.

Niettemin neemt het RF-ruisprobleem toe. Hoewel de meeste toestellen minder vervuilen dan hun voorgangers, hebben we veel meer van die toestellen. Andere bronnen, zoals het elektriciteitsnet, breiden zich uit naarmate windparken en zonne-huishoudens erop aansluiten. Dergelijke apparaten moeten grote hoeveelheden gelijkstroom met een snelheid van 60 hertz of zelfs sneller schakelen wanneer ze overtollig opgewekt vermogen terugleveren aan het net. Als dit niet goed wordt gedaan, kan dit ook grote hoeveelheden ruis in het elektriciteitsnet brengen. Dit risico wordt nog groter wanneer de zonne- en windsystemen zonder deskundig onderhoud in miljoenen gewone huizen werken.

Tegelijkertijd zijn de machines van vandaag gevoeliger voor geluid dan ooit tevoren. Veel nieuwe draadloze systemen, waaronder smartphones, zijn ontworpen om met het laagst mogelijke vermogen te werken en toch hun beoogde functie te behouden. Dit betekent dat net iets meer ruisinterferentie het dekkingsgebied kan verkleinen.

Ongewenste transmissies kunnen inherent zijn aan het ontwerp van een apparaat, zoals een magnetron, waarvan de RF-kookenergie ook een grote hoeveelheid RF-ruis bevat. Door een onvolmaakte afscherming kan deze energie weglekken en interfereren met andere RF-apparaten. Ruis kan ook het gevolg zijn van een gedeeltelijke storing in een apparaat, bijvoorbeeld een kleine breuk in het aardingsscherm rond een isolator in een hoogspanningstransmissiesysteem. Zo'n ongeluk creëert een onbedoelde zender die uitzendt op onvoorspelbare frequenties, op onbekende locaties en op onverwachte tijdstippen. Hoe complex deze patronen ook zijn, toch kunnen we de oorzaken van RF-vervuiling vaak classificeren door te kijken naar een grafiek van ruisvermogen versus tijd.

Stad en land: Door de mens veroorzaakt geluid is hoger in steden dan in voorsteden en landelijke gebieden, omdat steden meer elektrische apparaten hebben. Ruis neemt af naarmate de frequentie stijgt, omdat boogvorming en andere geluidsproductieprocessen minder vermogen genereren bij hoge frequenties en hoge frequenties gemakkelijker worden geabsorbeerd tijdens de voortplanting.

Neem de vele bronnen die te maken hebben met vonken over een defecte stroomleidingisolator. In de Verenigde Staten, waar de voedingsfrequenties 60 Hz zijn, herhaalt dergelijke RF-ruis zich doorgaans met een snelheid van 60 Hz (elke 16,7 milliseconden) of met een snelheid van 120 Hz (elke 8,3 ms). Dit komt omdat enige ruisgenererende boogvorming optreedt met een positieve of een negatieve pieklijnspanning - maar niet beide - en daarom 60 keer per seconde optreedt; andere boogprocessen komen even goed voor bij positieve en negatieve piekspanningen. Deze handtekeningen wijzen de elektronische detective naar de stroomlijn zelf of naar een motor, voeding of ander apparaat dat erop is aangesloten. Inderdaad, het meeste door de mens veroorzaakte buitengeluid van minder dan 1 gigahertz komt op de een of andere manier voort uit het elektriciteitsnet.

Magnetronovens zijn een ander voorbeeld van wat over het algemeen wordt gezien als een ruisgenerator met een karakteristiek patroon. In dit geval staan ​​magnetronovens in woningen voor de helft van een cyclus van 60 Hz aan en voor de andere helft uit, en zenden ze ruis uit in de spectrale band van 2,4 gigahertz. Dit is een niet-gelicentieerd maar populair stuk radiospectrum dat veel wordt gebruikt door niet-gelicentieerde apparaten met een laag vermogen, draadloze telefoons en wifi. Veel andere elektronische apparaten, waaronder opladers voor mobiele telefoons, tablets en laptops, hebben schakelende voedingen die ruis genereren met de harmonischen van de schakelfrequentie van de voeding, in de honderden kilohertz.

Door de mens veroorzaakte geluidsniveaus zijn veel hoger in steden dan in voorsteden of op het platteland, omdat steden een hogere concentratie hebben van alle vormen van elektrische apparatuur, computers en radio's, en huishoudelijke apparaten en systemen, evenals industriële apparatuur. En op al deze plaatsen is het geluidsniveau gemiddeld omgekeerd evenredig met de frequentie, omdat de impulsbronmechanismen bij lagere frequenties extra vermogen opwekken.

Om de omvang en variatie in RF-ruis in een typische Amerikaanse buitenwijk in kaart te brengen, hebben we een auto uitgerust met een op het dak gemonteerde antenne, een GPS-ontvanger en een klein, goed afgeschermd, op maat gemaakt spectrummeetsysteem. We reden met de auto door het noorden van Virginia, op een route die zowel hoog- als laagspanningslijnen kruiste. We bestreken een gebied van ongeveer 10 vierkante kilometer.

We hebben de ontvanger ingesteld op 10 frequenties, van 100 tot 1.500 megahertz, die samenvielen met geen bekend bedoeld signaal. Telkens hebben we de signalen gemeten binnen een bandbreedte van 0,7 MHz voor een meetduur van 55 ms. Na het meten van de hoogste frequentie zijn we weer begonnen met de laagste frequentie. Om ruis van het schakelen van een voeding te detecteren, hebben we gekeken naar variaties in de ruisamplitude van ongeveer 100 kilohertz; om ruis van hoogspanningsleidingen te detecteren, hebben we gekeken naar variaties in de ruisamplitude bij 60 of 120 Hz.

We zouden geruime tijd langs een hoogspanningstransmissielijn kunnen rijden zonder veel RF-ruis te detecteren, maar de hotspots die we vonden, doken willekeurig op. Dit houdt in dat er geen systemische oorzaak van het geluid was, geen inherent probleem met het ontwerp. Een defect onderdeel - misschien een losse moer of een gebarsten isolator - kan een boog vormen. Als de energiebedrijven het onderhoud zouden doen, zou zo'n geluid geen probleem zijn, maar over het algemeen repareren ze dergelijke defecten alleen als iemand klaagt.

Kakofone autorit: de bemanning van de auteurs bestuurde een auto met een op het dak gemonteerde antenne en een amplitude-waarschijnlijkheidsverdeling (APD)-detector, waarbij ze een route volgden die hoogspanningslijnen kruiste. Uit hun metingen bleek dat het geluidsvermogen meestal (maar niet altijd) toenam wanneer de auto zich in de buurt van een hoogspanningstransmissielijn bevond.

In onze steekproef was de kans op het detecteren van significant geluid buitenshuis in de buurt van een hoogspanningslijn iets meer dan 10 procent bij frequenties boven 500 MHz. Ongeveer 100 meter van zo'n lijn hebben we verrassend hoge ruisniveaus gemeten, in sommige gevallen vertaald naar bijna 60 decibel (of een miljoen keer) meer dan het normale achtergrondniveau van thermische ruis (een theoretisch minimum voor ruis voor alledaagse radiosystemen).

Onze bescheiden experimenten bieden slechts een basisgevoel van hoe RF-ruis wordt verspreid in een buitenwijk. Verrassend, en helaas, heeft niemand een volledige en statistisch betrouwbare meting van RF-ruis gedaan sinds de ITS dit meer dan 30 jaar geleden deed. Geluid kan in de loop van de tijd, locaties, frequenties en bedrijfsomstandigheden aanzienlijk veranderen. Bijvoorbeeld, bij frequenties boven 100 MHz - waar oudere modellen suggereren dat er geen ruis zou moeten worden gevonden - lieten onze beperkte metingen er nogal veel van zien.

Het komt erop neer dat niemand echt weet of het geluid buitenshuis de afgelopen jaren is toegenomen of afgenomen - en hetzelfde geldt voor metingen binnenshuis, waar tegenwoordig veel draadloze apparaten worden aangetroffen. In feite is de kwestie van de geluidsniveaus in gebouwen bijzonder lastig. Het gemiddelde middenklassehuis staat nu vol met elektronische apparaten die lawaai maken, zoals die elektrische tandenborstel die we noemden. Dit omvat laptopvoedingen, elektrisch gereedschap, LED-lichtregelaars en defecte elektronische apparatuur.

Laten we zeggen dat RF-ruis grote schade aanricht aan de ontvangst van uw mobiele telefoon. Hoe zou je het weten? Dat is nu net het probleem. Waarschijnlijk niet.

Moderne zenders van radiosignalen, met hun exotische digitale modulatieschema's, laten meestal geen idee achter waarom ze niet goed werken. Oudere systemen waren veel transparanter: “Dat klinkt als een automotor die mijn signaal verstoort.” En automatische foutcorrectie of hertransmissieschema's kunnen de interferentie volledig voor de gebruiker verbergen. De enige hint van zijn bestaan ​​kan een vermindering van de prestaties zijn of dat de batterij in uw mobiele telefoon sneller leeg raakt dan zou moeten. Daarom, zelfs als we een rijke database met klachten van consumenten zouden hebben - en die hebben we niet - zou het ons misschien niet helpen om tot op de bodem uit te zoeken.

Om het probleem op te lossen, moeten we op grote schaal statistieken verzamelen. We moeten bepalen waar en wanneer RF-ruis meestal verschijnt en op welke frequenties, en in elk geval de bron traceren. We hebben in veel regio's monsters nodig om rekening te houden met verschillen in uitrusting en praktijk, bouwvoorschriften, weer en terrein.

We kennen een man die een nieuw huis bouwde met led-verlichting in zijn keukenplafond die was aangesloten op een dimmer. Verschillende van zijn buren in een stad in de buurt van Boulder, Colorado, begonnen op te merken dat hun garagedeuropeners soms niet erg goed werkten. Na enkele weken ontdekte de man een duidelijk verband tussen de garagedeuren van de buren en zijn keukenverlichting. Nadat hij verschillende pogingen had gedaan om het probleem op te lossen, verving hij gewoon de dimmerschakelaar door een eenvoudige aan-uitschakelaar en het geluid verdween blijkbaar. Niemand heeft metingen gedaan en het lokale kantoor van de Federal Communications Commission wilde er niets van weten. Was dit een defecte dimmerschakelaar of gewoon een slechte installatie? Als de schakelaar zelf de schuldige was, veroorzaken miljoenen van deze dimmers dan interferentie in de Verenigde Staten en over de hele wereld? Wie weet?

Als we de relevante geluidsdatabase in handen hadden, zou het theoretisch mogelijk zijn om de huidige regelgevingsnormen te herzien en zelfs uit de gegevens te extrapoleren hoe die normen over tien jaar zullen moeten veranderen. Het moeilijkste zal hier zijn om een ​​redelijk evenwicht te vinden tussen de kosten en baten van dergelijke normen. De benodigde gegevens ontbreken echter bijna volledig omdat we maar een heel kleine database hebben om mee te werken - de onze eigenlijk - en we kunnen niet bewijzen of het probleem wijdverbreid is of niet.

Een verandering die duidelijk nodig is, is de manier waarop de regelgevers in de meeste landen het elektromagnetische spectrum verdelen. Tegenwoordig hebben regelgevers de neiging zich alleen zorgen te maken over interferentie van een geïdentificeerde zender, bijvoorbeeld een radiostation, terwijl ze ruis negeren. Toch kan ruis veel erger zijn dan de geïdentificeerde interferentie.

Regelgevers zouden deze kwestie, in ieder geval gedeeltelijk, moeten beslissen door na te gaan in hoeverre de communicatie van de hedendaagse gebruikers zou verslechteren als nieuwe gebruikers zouden mogen delen in het spectrum. Dit zal helpen om de beste afweging te maken tussen het hebben van enige RF-vervuiling die minimale interferentie veroorzaakt door het delen van spectrum en de verwachtingen van een leeg spectrum.

Zelfs als je nog nooit een televisiesignaal hebt verloren aan een elektrische tandenborstel of een telefoontje naar een defecte transformator, moet je toch een deel van de kosten van dergelijke geluidsoverlast dragen. Dat komt omdat u afhankelijk bent van draadloze systemen - en die systemen moeten worden ontworpen om de steeds toenemende geluidsniveaus aan te kunnen. Het probleem groeit alleen met de wildgroei van elektronische apparaten en het steeds fijner delen van steeds kleinere stukjes van het spectrum. Geen enkele meesterzet kan lawaai dempen. Omdat het probleem zowel met ontwerp als met onderhoud te maken heeft, is er een kanselement in verwerkt en is het moeilijk te isoleren van andere storingsoorzaken.

Ons gebrek aan de meest elementaire gegevens over de omvang van het probleem is onaanvaardbaar. We hebben die gegevens nodig en ook een beter begrip van de rol die ruis speelt in draadloze communicatie voordat we de juiste balans kunnen vinden tussen de kosten en baten van ruisonderdrukking. Met de exponentiële toename van het aantal ruisgenererende apparaten en draadloze systemen, zal RF-vervuiling een erg duur probleem worden, tenzij we nu handelen.

Dit artikel verscheen oorspronkelijk in gedrukte vorm als "Telefoon naar koelkast: zwijg!"

Mark A. McHenry is de oprichter van Shared Spectrum, dat tot doel heeft radiofrequentie-interferentie aan te pakken door manieren om het spectrum te delen te automatiseren. Dennis Roberson doceert aan het Illinois Institute of Technology. Robert J. Matheson deed in de jaren zeventig onderzoek naar elektronische ruis voor de federale overheid.

Diep leren als de ultieme gids

Dan Garisto is een freelance wetenschapsjournalist die verslag doet van natuurkunde en andere natuurwetenschappen. Zijn werk is verschenen in Scientific American, Physics, Symmetry, Undark en andere verkooppunten.

Maxim Ziatdinov van Oak Ridge National Lab voor een scanning tunneling microscoop.

Het is moeilijk om een ​​gebied van wetenschappelijk onderzoek te vinden waar deep learning niet als the next big thing wordt besproken. Claims in overvloed: Deep Learning zal kankers opsporen; het zal complexe eiwitstructuren ontrafelen; het zal nieuwe exoplaneten onthullen in eerder geanalyseerde gegevens; het zal zelfs een theorie van alles ontdekken. Weten wat echt is en wat een hype is, is niet altijd gemakkelijk.

Een veelbelovend - misschien zelfs over het hoofd gezien - onderzoeksgebied waarin deep learning waarschijnlijk zijn stempel zal drukken, is microscopie. Ondanks nieuwe ontdekkingen is de onderliggende workflow van technieken zoals scanning probe microscopie (SPM) en scanning transmissie elektronenmicroscopie (STEM) decennia lang grotendeels onveranderd gebleven. Bekwame menselijke operators moeten nauwgezet monsters opstellen, observeren en analyseren. Deep learning heeft het potentieel om niet alleen veel van de vervelende taken te automatiseren, maar ook om de analysetijd drastisch te versnellen door in te zoomen op microscopische kenmerken die van belang zijn.

"Mensen kijken meestal gewoon naar de afbeelding en identificeren een paar interessante eigenschappen", zegt Maxim Ziatdinov, een onderzoeker bij Oak Ridge National Lab in Tennessee. "Ze gooien in feite de meeste informatie weg, omdat er gewoon geen manier is om alle interessante kenmerken uit de gegevens te halen." Met deep learning zegt Ziatdinov dat het mogelijk is om binnen enkele seconden informatie te extraheren over de positie en het type atomaire structuren (die anders niet opgemerkt zouden worden), waardoor een vergezicht van mogelijkheden ontstaat.

Het is een variant op de klassieke droom om meer te doen met kleinere dingen (de meest bekende uitdrukking in Richard Feynman's "There's Plenty of Room at the Bottom"). In plaats van hardware te gebruiken om de resolutie van microscopen te verbeteren, zou software hun rol in het laboratorium kunnen uitbreiden door ze autonoom te maken. "Zo'n machine zal 'begrijpen' waar het naar kijkt en automatisch interessante kenmerken documenteren", verklaart een artikel in het Materials Research Society Bulletin. "De microscoop zal weten hoe verschillende functies eruit zien door te verwijzen naar databases, of kan on-the-fly voorbeelden worden getoond."

Ondanks het micro-voorvoegsel, behandelen microscopietechnieken zoals SPM en STEM objecten op nanoschaal, inclusief individuele atomen. In SPM zweeft een punt op nanoschaal over het oppervlak van het monster en volgt, net als een platenspeler, de groeven. Het resultaat is een visueel beeld in plaats van een audiosignaal. Aan de andere kant genereert STEM een beeld door een monster met elektronen te overladen en de elektronen te verzamelen die er doorheen gaan, waardoor in wezen een negatief wordt gecreëerd.

Beide microscopietechnieken stellen onderzoekers in staat om snel de brede structurele kenmerken van een monster te observeren. Onderzoekers als Ziatdinov zijn geïnteresseerd in de functionele eigenschappen van bepaalde kenmerken, zoals defecten. Door een stimulus zoals een elektrisch veld op een monster toe te passen, kunnen ze meten hoe het reageert. Ze kunnen ook de reacties van het monster op de toegepaste stimuli gebruiken om een ​​functionele kaart van het monster te bouwen.

Met automatisering konden onderzoekers metingen doen die nooit toegankelijk waren.

Maar het nemen van functionele gegevens kost tijd. Inzoomen op een structureel beeld om functionele gegevens te verzamelen, is tijdrovend, en menselijke operators moeten weloverwogen gissingen maken over welke functies ze hopen te analyseren. Er is geen rigoureuze manier geweest om functionaliteit uit structuur te voorspellen, dus operators moesten gewoon handigheid krijgen in het kiezen van goede functies. Met andere woorden, het snijvlak van microscopie is evenzeer kunst als wetenschap.

De hoop is dat deze vervelende selectie van functies kan worden uitbesteed aan een neuraal netwerk dat interessante functies voorspelt en ernaar navigeert, waardoor het proces aanzienlijk wordt versneld.

Geautomatiseerde microscopie bevindt zich nog in de proof-of-concept-fase, met een paar groepen onderzoekers over de hele wereld die de principes uitwerken en voorbereidende tests doen. In tegenstelling tot veel gebieden van diep leren, zou succes hier niet simpelweg bestaan ​​uit het automatiseren van reeds bestaande metingen; met automatisering zouden onderzoekers metingen kunnen doen die tot nu toe onmogelijk waren.

Ziatdinov en zijn collega's hebben al enige vooruitgang geboekt in de richting van een dergelijke toekomst. Jarenlang zaten ze op microscopiegegevens die details over grafeen zouden onthullen - een paar frames die een defect vertoonden dat spanning veroorzaakte in het atomair dunne materiaal. "We konden het niet analyseren, omdat je gewoon op geen enkele manier de posities van alle atomen kunt extraheren", zegt Ziatdinov. Maar door een neuraal net op het grafeen te trainen, waren ze in staat om nieuw herkende structuren aan de randen van defecten te categoriseren.

Microscopie is niet alleen beperkt tot observeren. Door monsters met een hoogenergetische elektronenstraal te vernietigen, kunnen onderzoekers de positie van atomen verschuiven, waardoor in feite een 'atoomsmederij' ontstaat. Net als bij een conventionele smederij van ijzer en ijzer, zou automatisering de zaken een stuk eenvoudiger kunnen maken. Een atoomsmederij, geleid door diepgaand leren, zou defecten kunnen opsporen en repareren, of atomen op hun plaats kunnen duwen om ingewikkelde structuren te vormen - de klok rond, zonder menselijke fouten, zweet of tranen.

"Als je echt een productiecapaciteit wilt hebben, net als bij elke andere vorm van productie, moet je deze kunnen automatiseren", zegt hij.

Ziatdinov is vooral geïnteresseerd in het toepassen van geautomatiseerde microscopie op kwantumapparaten, zoals topologische qubits. Pogingen om deze qubits betrouwbaar te maken zijn niet succesvol gebleken, maar Ziatdinov denkt dat hij het antwoord heeft. Door een neuraal netwerk te trainen om de functies te begrijpen die aan specifieke functies zijn gekoppeld, zou deep learning kunnen ontsluiten welke atomaire aanpassingen nodig zijn om een ​​topologische qubit te creëren - iets wat mensen duidelijk nog niet helemaal hebben doorgrond.

Het is niet eenvoudig om te benchmarken hoe ver we verwijderd zijn van een toekomst waarin autonome microscopie helpt bij het bouwen van kwantumapparaten. Er zijn maar weinig menselijke operators in de hele wereld, dus het is moeilijk om de resultaten van deep learning te vergelijken met een menselijk gemiddelde. Het is ook onduidelijk welke obstakels de grootste problemen zullen opleveren in een domein waar het verschil van een paar atomen doorslaggevend kan zijn.

Onderzoekers passen deep learning ook toe op microscopie op andere schalen. Confocale microscopie, die werkt op een schaal die duizenden keren groter is dan SPM en STEM, is een essentiële techniek die biologen een kijkje geeft in cellen. Door nieuwe hardware te integreren met deep learning-software, heeft een team van het Marine Biological Laboratory in Woods Hole, Massachusetts, de resolutie drastisch verbeterd van afbeeldingen die zijn genomen uit een verscheidenheid aan monsters, zoals hartweefsel in muizen en cellen in fruitvliegvleugels. Van cruciaal belang was dat deep learning de onderzoekers in staat stelde veel minder licht te gebruiken voor beeldvorming, waardoor schade aan de monsters werd verminderd.

De conclusie van een recent overzicht van de vooruitzichten voor autonome microscopie is dat het "fundamenteel nieuwe mogelijkheden en paradigma's voor wetenschappelijke ontdekking mogelijk zal maken". Of deep learning zijn belofte op de microscopische grens waarmaakt, valt letterlijk te bezien.

Het werd uitgezonden via het relaisnetwerk van Radio Central

Joanna Goodrich is de assistent-editor van The Institute en brengt verslag uit over het werk en de prestaties van IEEE-leden en IEEE- en technologiegerelateerde evenementen. Ze heeft een master in gezondheidscommunicatie van de Rutgers University, in New Brunswick, NJ

Operators die werken bij de RCA Radio Central-zendinstallatie in Rocky Point op Long Island in New York.

Toen de Radio Corporation of America in 1919 werd opgericht, was een van haar missies om 's werelds grootste radiocommunicatiebedrijf te worden. Een van de eerste stappen van RCA was het bouwen van een centrum dat internationale signalen en telegrafische berichten zou verzenden. In 1921 opende het bedrijf Radio Central, op Rocky Point op Long Island in New York.

De zendinstallatie was verbonden met een radiogram-ontvangstfaciliteit in Riverhead - ongeveer 24 kilometer verderop op Long Island - via een systeem van relais dat gebruikmaakte van bestaande telefoonlijnen. De twee locaties werkten samen met het Central Traffic Office in New York City om berichten te verzenden en ontvangen.

Op 5 november 1921 schreef de Amerikaanse president Warren G. Harding geschiedenis toen hij een radiobericht via het relaisnetwerk van RCA Radio Central vanuit het Witte Huis over de hele wereld stuurde. Er werden bevestigingen van het bericht ontvangen in de Riverhead-faciliteit uit Australië, Japan en 15 andere landen.

Op de 100ste verjaardag van de verzending van dat radiogram werd RCA Radio Central herdacht met een IEEE Milestone. De IEEE Long Island Section sponsorde de nominatie.

Het Milestone-programma wordt beheerd door het IEEE History Center en wordt ondersteund door donoren en erkent uitstekende technische ontwikkelingen over de hele wereld.

RCA Radio Central was de thuisbasis van vele andere telecommunicatievooruitgangen, waaronder antennes met gevouwen golven en ruitvormige antennes; de originele tv-antenne van National Broadcasting Co. geïnstalleerd bovenop het Empire State Building, in New York City; en hoogfrequente vacuümbuizen.

Voor het uitbreken van de Eerste Wereldoorlog was de belangrijkste radiocommunicatieprovider in de Verenigde Staten de Amerikaan Marconi, in Aldene, NJ. Het bedrijf - een dochteronderneming van Marconi in Londen - leverde draadloze telegraafdiensten voor commerciële scheepvaart en transoceanische klanten. De Amerikaanse marine nam de operaties over aan het begin van de oorlog toen de Amerikaan Marconi niet kon bewijzen dat het niet werd gecontroleerd door zijn Britse moedermaatschappij, volgens de vermelding voor de Radio Central Milestone in de Engineering and Technology History Wiki (ETHW).

Nadat de oorlog voorbij was, deed de marine afstand van alle Marconi-faciliteiten, volgens het boek uit 1944 The First 25 Years of RCA: A Quarter Century of Radio Progress. Om ervoor te zorgen dat Marconi onder Amerikaanse controle zou komen, werd het gekocht door General Electric. In 1919 richtte GE RCA op om de zaken, eigendommen, patenten, trans-Atlantische stations aan boord en contracten van Marconi over te nemen. Volgens het boek droeg het ook de rechten op zijn eigen radiopatenten over aan RCA.

RCA begon in 1920 met de bouw van Radio Central. Het besloeg 26 vierkante kilometer en bestond uit drie faciliteiten: een administratie- en transmissiegebouw, een krachtcentrale en een onderzoekslaboratorium.

Om langeafstandsradiosignalen uit te zenden, zegt het ETHW-artikel, installeerde het bedrijf een paar Alexanderson-dynamo's van 200 kilowatt - 50 ton machines die wisselstroom opwekten. De dynamo's, die laagfrequente radiogolven creëerden die duizenden kilometers konden afleggen, werden verscheept naar Radio Central vanuit de fabriek van General Electric in Schenectady, NY

Ze werden geïnstalleerd in het administratie- en transmissiegebouw en waren operationeel tot 1948. Hoewel RCA van plan was nog eens 10 machines te installeren voor US $ 1,3 miljoen, werden ze nooit gekocht omdat de technologie verouderd raakte toen krachtige vacuümbuizen werden ontwikkeld.

"Het was maar goed dat we de rest niet hebben gebouwd" van de Alexanderson-alternators, zei RCA-ingenieur Marshall Etter in een artikel uit 1992 over Radio Central in The Antique Radio Gazette. "RCA zou verouderd zijn en in ernstige financiële problemen zijn gekomen."

Buiten het administratiegebouw werd een vijver met acht hydrojets gebouwd om de alternatoren te koelen. Later werden in het gebouw 80 hoogfrequente zenders met vermogens tot 40 kW geïnstalleerd. Ongeveer 3 km verderop, in de krachtpatser, werden back-upzenders gebruikt om de toegenomen vraag naar berichten aan te kunnen.

Om signalen van de Alexanderson-dynamo's te verzenden, bouwde RCA een antennesysteem met platte bovenkant dat zich over 5 km uitstrekte. Het bestond uit zes stalen torens van 125 meter hoog, elk met een dwarsbalk van 46 meter hoog. Op elke dwarsbalk waren 4 meter van elkaar verwijderd, 12 parallelle draden, elk 2.286 meter lang. Hun laadspoelen zouden kunnen worden afgestemd om op verschillende draaggolffrequenties te werken en om de antenne-impedantie aan de zender aan te passen, volgens het ETHW-artikel.

De begraven tegenwichtdraden van de antennes, die de elektrische weerstand met de grond verminderden, produceerden een effect dat vergelijkbaar was met dat van een koperen plaat van 610 meter breed en 5 km lang. Toen RCA het pand in 1977 aan de staat New York schonk, werden de torens gesloopt.

RCA Radio Central was in 1922 's werelds grootste en krachtigste communicatiestation. Het was het hart van een draadloos netwerk dat Californië, Hawaï, Wales, Oost-Azië, Europa en Zuid- en Midden-Amerika omvatte.

Radio Central stuurde de eerste transoceanische facsimile. In november 1924 stuurde de faciliteit een foto van de Amerikaanse president, Calvin Coolidge, naar Londen. Twee jaar later begon Radio Central met het verzenden van transoceanische foto's voor kranten en weerkaarten naar schepen op zee, volgens de ETHW-invoer.

Tegenwoordig bestaat RCA alleen als merknaam. Sony Music Entertainment en Technicolor zijn eigenaar van hun handelsmerken.

De Milestone plaquette zal worden getoond in de vestibule van Rocky Point High School, die zich op het voormalige Radio Central-terrein bevindt. Op de plaquette staat:

Op 5 november 1921 werd 's werelds krachtigste transoceanische radiofaciliteit op dat moment, RCA Radio Central, ingehuldigd. De Alexanderson 220 kW, 18,3 kHz zenders en lange-draads ontvangende drankantennes, die zich in Rocky Point en Riverhead, New York bevinden, zorgden voor betrouwbare wereldwijde radiocommunicatie. In de daaropvolgende jaren ontwikkelde het onderzoekslaboratorium van RCA ook radio-ontvangst met diversiteit, ruitvormige en gevouwen dipoolantennes, de eerste transoceanische enkelzijbandkanalen en commerciële faxdiensten.

In de toekomst zal het spectrum dat wordt overwogen voor toekomstige 6G-netwerken zich bevinden in frequenties die nog nooit zijn gebruikt in de geschiedenis van draadloze communicatie, en zich richten op de terahertz (THz) -frequenties.

Onderzoekers suggereren nu specifiek frequenties van 100 GHz tot 3 THz als veelbelovende banden voor de volgende generatie draadloze communicatiesystemen vanwege de grote hoeveelheid ongebruikt en onontgonnen spectrum dat ze bevatten. Deze frequenties bieden ook het potentieel voor revolutionaire toepassingen die mogelijk worden gemaakt door nieuw denken en vooruitgang in apparaten, circuits, software, signaalverwerking en systemen.

Dit webinar gaat in op de uitdagingen en kansen die netwerken op basis van terahertz-frequenties bieden.

Josep M. Jornet, universitair hoofddocent bij de afdeling Electrical and Computer Engineering