bistabiele

Bistabiele verwijst naar een systeem dat twee stabiele toestanden kan behouden zonder voortdurende externe prikkels. In zo’n systeem blijven beide toestanden robuust tegen kleine verstoringen, terwijl een voldoende sterke prikkel nodig is om over te schakelen naar de andere toestand. Tussen de twee stabiele toestanden ligt doorgaans een onstabiel evenwicht, vaak een zadelpunt, waardoor het systeem bij ruis of prikkels kan kiezen voor een van de twee mogelijkheden.

In gemakshalve kan bistabiliteit worden beschreven met een dynamisch proces waarbij de toestand x voldoet aan dx/dt = f(x). Er bestaan dan twee waarden x1 en x2 met f(x1) = f(x2) = 0 en f'(x1) < 0, f'(x2) < 0, terwijl een tussenliggend punt xu f(xu) = 0 heeft met f'(xu) > 0. Deze wiskundige structuur verklaart waarom de toestand in één van de twee minima blijft hangen en pas bij voldoende stimulans verandert, wat vaak gepaard gaat met hysterese.

Bistabiliteit komt voor in diverse vakgebieden. In elektronica zijn bistabiele schakelingen zoals flip-flops en SR-latches geheugencomponenten die een binaire toestand vasthouden. Mechanische systemen kennen bistabiele posities door terugkoppeling en niet-lineaire kenmerken, zoals snap-through-gedrag. In biologie en chemie ontstaan bistabiliteiten door positieve feedback in genregulatie of autocatalytische reacties. Ook in optica en materialenwetenschap ontstaan bistabile toestanden in nonlineaire media en memristieve systemen.

Toepassingen omvatten geheugenopslag, schakelaars, sensortechnologie en geheugenachtige functies in neuromorfe en moleculaire systemen. Een kenmerkende eigenschap is de mogelijkheid tot stabiele geheugenloze overgang onder specifieke prikkels of ruis.