bistabiliteit

Bistabiliteit is een eigenschap van een dynamisch systeem waarbij twee stabiele toestanden bestaan. In zo'n systeem kunnen kleine verstoringen terugkeren naar de aanwezige toestand, terwijl een voldoende sterke prikkel nodig is om de toestand te wisselen. Tussen de twee stabiele toestanden bevindt zich doorgaans een onstabiel evenwicht of een energiedrempel die de overgang bemoeilijkt. Het verschijnsel komt voor in natuur- en techniek, en kan deterministisch optreden of beïnvloed zijn door ruis.

Bistabiliteit ontstaat vaak door positieve terugkoppeling of autocatalytische processen, waarbij een kleine toename een zelfversterkend effect veroorzaakt. Niet-lineaire reacties, variërende invoer of mechanische knikpunten kunnen twee minima in het energielandschap creëren, elk met een eigen aantrekkingsgebied. In elektronica leveren bijvoorbeeld flip-flop schakelaars en Schmitt-trigger circuits twee stabiele toestanden; in mechanische systemen kan buckling leiden tot twee stabiele standen; in chemie en biologie ontstaan bistabiele schakelaars door feedback in genregulatie of autocatalytische kaskades.

Een belangrijkste kenmerk is de aanwezigheid van twee attractoren (basins of attraction) en meestal een onstabiel punt daartussen. Overgangen tussen de toestanden kunnen worden veroorzaakt door veranderingen in parameters of door voldoende grote prikkels en soms door ruis. Hysterese, waarbij de uitgang afhankelijk is van de historie van het systeem, is een veelvoorkomend gevolg.

Toepassingen en voorbeelden zijn onder meer elektronische geheugen- en opslagtoepassingen (flip-flops en geheugencellijns), robuuste schakelaars, en biochemische of genetische schakelaars in cellen. Bistabiliteit biedt betrouwbaarheid en geheugen in systemen waar meerdere toestanden nuttig of noodzakelijk zijn.

Zie ook: hysterese, feedback, niet-lineariteit, attractoren.