Feedback positivo
Em electrónicaEdit
Circuitos regenerativos foram inventados e patenteados em 1914 para a amplificação e recepção de sinais de rádio muito fracos. O feedback positivo cuidadosamente controlado em torno de um único amplificador transistor pode multiplicar o seu ganho por 1.000 ou mais. Portanto, um sinal pode ser amplificado 20.000 ou mesmo 100.000 vezes em um estágio, que normalmente teria um ganho de apenas 20 a 50. O problema com amplificadores regenerativos que trabalham com esses ganhos muito altos é que eles se tornam facilmente instáveis e começam a oscilar. O operador de rádio tem de estar preparado para ajustar a quantidade de feedback de forma bastante contínua para uma boa recepção. Os receptores de rádio modernos usam o design superheterodyne, com muito mais estágios de amplificação, mas com uma operação muito mais estável e sem retorno positivo.
A oscilação que pode romper em um circuito de rádio regenerativo é usada em osciladores eletrônicos. Pelo uso de circuitos sintonizados ou um cristal piezoelétrico (comumente quartzo), o sinal que é amplificado pela realimentação positiva permanece linear e senoidal. Existem vários modelos para estes osciladores harmónicos, incluindo o oscilador Armstrong, o oscilador Hartley, o oscilador Colpitts, e o oscilador Wien bridge. Todos eles usam feedback positivo para criar oscilações.
Muitos circuitos electrónicos, especialmente amplificadores, incorporam feedback negativo. Isto reduz seu ganho, mas melhora sua linearidade, impedância de entrada, impedância de saída e largura de banda, e estabiliza todos estes parâmetros, incluindo o ganho em loop fechado. Estes parâmetros também se tornam menos dependentes dos detalhes do próprio dispositivo amplificador, e mais dependentes dos componentes de realimentação, que são menos propensos a variar com a tolerância de fabricação, idade e temperatura. A diferença entre feedback positivo e negativo para sinais CA é de fase: se o sinal for alimentado de volta para fora de fase, o feedback é negativo e se estiver em fase, o feedback é positivo. Um problema para os projetistas de amplificadores que usam feedback negativo é que alguns dos componentes do circuito introduzirão deslocamento de fase no caminho do feedback. Se houver uma freqüência (geralmente uma freqüência alta) onde o deslocamento de fase atinge 180°, então o projetista deve garantir que o ganho do amplificador nessa freqüência seja muito baixo (geralmente por filtragem de baixa passagem). Se o ganho do laço (o produto do ganho do amplificador e a extensão da realimentação positiva) em qualquer frequência for maior que uma, então o amplificador oscilará nessa frequência (critério de estabilidade de Barkhausen). Tais oscilações são às vezes chamadas de oscilações parasitárias. Um amplificador que é estável em um conjunto de condições pode quebrar em oscilação parasitária em outro. Isto pode ser devido a mudanças na temperatura, tensão de alimentação, ajuste dos controles do painel frontal, ou mesmo a proximidade de uma pessoa ou outro item condutor.
Amplificadores podem oscilar suavemente de maneiras difíceis de detectar sem um osciloscópio, ou as oscilações podem ser tão extensas que apenas um sinal muito distorcido ou nenhum sinal necessário passa, ou que ocorre um dano. As oscilações parasitárias de baixa freqüência têm sido chamadas de ‘motorboating’ devido à semelhança com o som de uma nota de escape de baixa freqüência.
Muitos circuitos eletrônicos digitais comuns empregam feedback positivo. Enquanto as portas lógicas booleanas simples normais geralmente se baseiam simplesmente no ganho para afastar as tensões do sinal digital dos valores intermediários para os valores que representam booleanos ‘0’ e ‘1’, mas muitas portas mais complexas usam feedback. Quando se espera que a tensão de entrada varie de forma analógica, mas são necessários limiares precisos para processamento digital posterior, o circuito de disparo Schmitt usa feedback positivo para garantir que, se a tensão de entrada se deslocar suavemente acima do limiar, a saída seja forçada de forma inteligente e rápida de um estado lógico para o outro. Um dos corolários do uso de feedback positivo do trigger de Schmitt é que, caso a tensão de entrada se mova suavemente para baixo novamente para além do mesmo limiar, o feedback positivo manterá a saída no mesmo estado sem qualquer alteração. Este efeito é chamado histerese: a voltagem de entrada tem que passar por um limiar diferente e mais baixo para ‘desengatar’ a saída e repor o seu valor digital original. Ao reduzir a extensão da realimentação positiva, a largura da histerese pode ser reduzida, mas não pode ser totalmente erradicada. O trigger Schmitt é, até certo ponto, um circuito de travamento.
Um flip-flop eletrônico, ou “trinco”, ou “multivibrador biestável”, é um circuito que, devido à alta realimentação positiva, não é estável em estado balanceado ou intermediário. Tal circuito biestável é a base de um bit de memória eletrônica. O flip-flop usa um par de amplificadores, transistores ou portões lógicos conectados entre si de forma que a realimentação positiva mantenha o estado do circuito em um dos dois estados estáveis desequilibrados após o sinal de entrada ter sido removido, até que um sinal alternativo adequado seja aplicado para mudar o estado. A memória de acesso aleatório do computador (RAM) pode ser feita desta forma, com um circuito de travamento para cada bit de memória.
Ocorrência térmica ocorre em sistemas eletrônicos porque algum aspecto de um circuito pode passar mais corrente quando ele fica mais quente, então quanto mais quente ele fica, mais corrente ele passa, o que o aquece um pouco mais e assim ele passa ainda mais corrente. Os efeitos são geralmente catastróficos para o dispositivo em questão. Se os dispositivos têm que ser usados perto de sua capacidade máxima de movimentação de energia, e a fuga térmica é possível ou provável sob certas condições, melhorias geralmente podem ser alcançadas através de um design cuidadoso.
Sistemas de áudio e vídeo podem demonstrar feedback positivo. Se um microfone capta a saída de som amplificada dos alto-falantes no mesmo circuito, então serão ouvidos sons de uivar e gritar de feedback de áudio (até a capacidade máxima de potência do amplificador), já que o ruído aleatório é reamplificado pelo feedback positivo e filtrado pelas características do sistema de áudio e da sala.
Audio and live musicEdit
Audio feedback (também conhecido como feedback acústico, simplesmente como feedback, ou o efeito Larsen) é um tipo especial de feedback positivo que ocorre quando existe um loop de som entre uma entrada de áudio (por exemplo, um microfone ou um captador de guitarra) e uma saída de áudio (por exemplo, um alto-falante amplificado). Neste exemplo, um sinal recebido pelo microfone é amplificado e passado para fora do alto-falante. O som do alto-falante pode então ser recebido pelo microfone novamente, amplificado e depois passado para fora através do alto-falante novamente. A frequência do som resultante é determinada pelas frequências de ressonância no microfone, amplificador e altifalante, a acústica da sala, os padrões de captação e emissão direccional do microfone e do altifalante e a distância entre eles. Para sistemas PA pequenos o som é prontamente reconhecido como um guincho ou guincho alto.
Feedback é quase sempre considerado indesejável quando ocorre com o microfone de um cantor ou orador público em um evento usando um sistema de reforço de som ou sistema PA. Os engenheiros de áudio usam vários dispositivos eletrônicos, como equalizadores e, desde os anos 90, dispositivos automáticos de detecção de feedback para evitar esses guinchos ou gritos indesejados, que prejudicam a apreciação do evento pelo público. Por outro lado, desde os anos 60, guitarristas elétricos em bandas de rock usando amplificadores de guitarra altos e efeitos de distorção têm criado intencionalmente um feedback de guitarra para criar um efeito musical desejável. “I Feel Fine” dos Beatles marca um dos primeiros exemplos do uso do feedback como efeito de gravação na música popular. Começa com uma única nota de feedback, percussiva, produzida ao depenar a corda A no violão do Lennon. Artistas como os Kinks e os Who já tinham usado feedback ao vivo, mas Lennon continuou orgulhoso do facto de os Beatles terem sido talvez o primeiro grupo a colocá-la deliberadamente em vinil. Em uma de suas últimas entrevistas, ele disse: “Eu desafio qualquer um a encontrar um registro – a não ser que seja um velho disco de blues em 1922 – que usa feedback dessa forma”
Os princípios do feedback de áudio foram descobertos pela primeira vez pelo cientista dinamarquês Søren Absalon Larsen. Os microfones não são os únicos transdutores sujeitos a este efeito. Os cartuchos de captação do deck de gravação podem fazer o mesmo, geralmente na faixa de baixa freqüência abaixo de cerca de 100 Hz, manifestando-se como um ronco baixo. Jimi Hendrix foi um inovador no uso intencional de feedback de guitarra em seus solos de guitarra para criar efeitos sonoros únicos. Ele ajudou a desenvolver o uso controlado e musical do feedback de áudio no tocar de guitarra eléctrica, e mais tarde Brian May foi um famoso proponente da técnica.
VideoEdit
Simplesmente, se uma câmera de vídeo estiver apontada para uma tela de monitor que está exibindo o próprio sinal da câmera, então padrões repetidos podem ser formados na tela por feedback positivo. Este efeito de feedback de vídeo foi usado nas sequências de abertura das primeiras dez séries do programa de televisão Doctor Who.
SwitchesEdit
Em interruptores elétricos, incluindo termostatos bimetálicos baseados em faixas, o interruptor geralmente tem histerese na ação de comutação. Nestes casos, a histerese é obtida mecanicamente através de feedback positivo dentro de um mecanismo de ponto de comutação. A ação de realimentação positiva minimiza a duração do arco de tempo que ocorre durante a comutação e também mantém os contatos em estado aberto ou fechado.
Em biologiaEdit
Em fisiologiaEdit
Um número de exemplos de sistemas de feedback positivo pode ser encontrado em fisiologia.
- Um exemplo é o início das contrações no parto, conhecido como reflexo de Ferguson. Quando ocorre uma contração, a oxitocina hormonal causa um estímulo nervoso, que estimula o hipotálamo a produzir mais oxitocina, o que aumenta as contrações uterinas. Isto resulta em contrações aumentando em amplitude e frequência.(pp924-925)
- Outro exemplo é o processo de coagulação do sangue. O laço é iniciado quando o tecido lesionado liberta um sinal químico que activa as plaquetas no sangue. Uma plaqueta activada liberta químicos que activam mais plaquetas, causando uma rápida cascata e a formação de um coágulo sanguíneo.(pp392-394)
- A lactação também envolve um feedback positivo na medida em que o bebé mama no mamilo há uma resposta nervosa na medula espinal e até ao hipotálamo do cérebro, que depois estimula a hipófise a produzir mais prolactina para produzir mais leite.(p926)
- Um pico de estrogênio durante a fase folicular do ciclo menstrual causa ovulação.(p907)
- A geração de sinais nervosos é outro exemplo, no qual a membrana de uma fibra nervosa causa um leve vazamento de íons de sódio através dos canais de sódio, resultando em uma mudança no potencial da membrana, que por sua vez causa mais abertura dos canais, e assim por diante (ciclo de Hodgkin). Assim, um leve vazamento inicial resulta em uma explosão de vazamento de sódio que cria o potencial de ação nervosa.(p59)
li>No acoplamento excitação-contração do coração, um aumento dos íons de cálcio intracelular ao miócito cardíaco é detectado pelos receptores de ryanodine na membrana do retículo sarcoplasmático que transportam o cálcio para o citosol em uma resposta fisiológica de feedback positivo.
Na maioria dos casos, tais loops de feedback culminam na liberação de contra-sinais que suprimem ou quebram o loop. As contracções do parto param quando o bebé está fora do corpo da mãe. Os químicos quebram o coágulo sanguíneo. A lactação pára quando o bebé já não é enfermeiro.
Em regulação genéticaEditar
O feedback positivo é um fenómeno bem estudado em regulação genética, onde está mais frequentemente associado à biestabilidade. O feedback positivo ocorre quando um gene se ativa a si mesmo direta ou indiretamente através de um duplo ciclo de feedback negativo. Os engenheiros genéticos construíram e testaram redes simples de feedback positivo em bactérias para demonstrar o conceito de biestabilidade. Um exemplo clássico de retroalimentação positiva é o laço de E. coli. O feedback positivo desempenha um papel integral na diferenciação celular, desenvolvimento e progressão do câncer e, portanto, o feedback positivo na regulação gênica pode ter conseqüências fisiológicas significativas. Movimentos aleatórios na dinâmica molecular combinados com feedback positivo podem desencadear efeitos interessantes, como a criação de uma população de células fenotípicas diferentes da mesma célula mãe. Isto acontece porque o ruído pode ser amplificado pelo retroalimentação positiva. O feedback positivo também pode ocorrer em outras formas de sinalização celular, tais como cinética enzimática ou vias metabólicas.
Em biologia evolutivaEditar
Loops de feedback positivo têm sido usados para descrever aspectos da dinâmica da mudança na evolução biológica. Por exemplo, a partir do nível macro, Alfred J. Lotka (1945) argumentou que a evolução das espécies era essencialmente uma questão de selecção que alimentava os fluxos de energia para capturar cada vez mais energia para utilização pelos sistemas vivos. A nível humano, Richard D. Alexander (1989) propôs que a competição social entre e dentro de grupos humanos alimentava a seleção da inteligência, produzindo assim constantemente mais e mais refinada inteligência humana. Crespi (2004) discutiu vários outros exemplos de loops de feedback positivo na evolução. A analogia das raças de armas evolucionárias fornece outros exemplos de feedback positivo em sistemas biológicos.
Foi demonstrado que as mudanças na biodiversidade através do Fanerozóico correlacionam muito melhor com o modelo hiperbólico (amplamente utilizado em demografia e macrossociologia) do que com modelos exponenciais e logísticos (tradicionalmente utilizados em biologia populacional e extensivamente aplicados à biodiversidade fóssil também). Estes últimos modelos implicam que as mudanças na diversidade são orientadas por um feedback positivo de primeira ordem (mais antepassados, mais descendentes) e/ou um feedback negativo decorrente da limitação de recursos. O modelo hiperbólico implica um retroalimentação positiva de segunda ordem. O padrão hiperbólico do crescimento da população mundial foi demonstrado (ver abaixo) como resultando de um feedback positivo de segunda ordem entre o tamanho da população e a taxa de crescimento tecnológico. O caráter hiperbólico do crescimento da biodiversidade pode ser explicado de forma semelhante por um feedback positivo entre a diversidade e a complexidade da estrutura comunitária. Tem sido sugerido que a semelhança entre as curvas da biodiversidade e da população humana provavelmente vem do fato de que ambas são derivadas da interferência da tendência hiperbólica (produzida pelo feedback positivo) com a dinâmica cíclica e estocástica.
Sistema imunológicoEditar
Uma tempestade de citocinas, ou hipercitoquinemia, é uma reação imunológica potencialmente fatal que consiste em um loop de feedback positivo entre as citocinas e as células imunes, com níveis altamente elevados de várias citocinas. Na função imunológica normal, loops de feedback positivo podem ser utilizados para melhorar a ação dos linfócitos B. Quando uma célula B liga seus anticorpos a um antígeno e se ativa, ela começa a liberar anticorpos e a secretar uma proteína complementar chamada C3. Tanto C3 como os anticorpos de uma célula B podem se ligar a um patógeno, e quando uma célula B tem seus anticorpos ligados a um patógeno com C3, acelera a secreção dessa célula B de mais anticorpos e mais C3, criando assim um loop de feedback positivo.
Morte celularEditar
Apoptose é um processo de morte celular por caspas, cujo objetivo é a remoção de células de longa duração ou danificadas. Uma falha deste processo tem sido implicada em condições proeminentes como o cancro ou a doença de Parkinson. O núcleo do processo apoptótico é a ativação automática das caspases, que pode ser modelada através de um loop de retorno positivo. Este feedback positivo exerce uma auto-ativação do efetor caspase por meio de caspases intermediárias. Quando isolado do resto da via apoptótica, este retorno positivo apresenta apenas um estado estável, independentemente do número de etapas intermediárias de ativação da caspase efetora. Quando este processo central é complementado com inibidores e potenciadores dos efeitos das caspases, este processo apresenta biestabilidade, modelando assim os estados vivo e moribundo de uma célula.
Em psychologyEdit
Winner (1996) descreveu as crianças sobredotadas como impulsionadas por loops de feedback positivo envolvendo a definição de seu próprio curso de aprendizagem, esta satisfação de retorno, assim definindo seus objetivos de aprendizagem para níveis mais elevados e assim por diante. O vencedor chamou este ciclo de feedback positivo de “fúria para dominar”. Vandervert (2009a, 2009b) propôs que a criança prodígio pode ser explicada em termos de um ciclo de feedback positivo entre a saída de pensamento/performação na memória de trabalho, que depois é alimentada no cerebelo onde é racionalizada, e depois alimentada de volta à memória de trabalho, aumentando assim constantemente a saída quantitativa e qualitativa da memória de trabalho. Vandervert também argumentou que este loop de feedback positivo da memória de trabalho/cerebelar foi responsável pela evolução da linguagem na memória de trabalho.
Em economiaEditar
Mercados com influência socialEditar
Recomendações de produtos e informações sobre compras passadas mostraram influenciar significativamente as escolhas dos consumidores, quer seja para música, filme, livro, tecnologia e outro tipo de produtos. A influência social frequentemente induz um fenómeno mais rico (efeito Matthew) onde os produtos populares tendem a tornar-se ainda mais populares.
Dinâmica do mercadoEdit
De acordo com a teoria da reflexividade avançada por George Soros, as mudanças de preços são impulsionadas por um processo de feedback positivo em que as expectativas dos investidores são influenciadas pelos movimentos de preços, de modo que o seu comportamento actua para reforçar o movimento nessa direcção até que este se torne insustentável, e daí o feedback conduz os preços na direcção oposta.
Risco sistémicoEditar
Risco sistémico é o risco que um processo de amplificação ou alavancagem ou feedback positivo apresenta a um sistema. Isto geralmente é desconhecido, e sob certas condições este processo pode amplificar exponencialmente e rapidamente levar a um comportamento destrutivo ou caótico. Um esquema Ponzi é um bom exemplo de um sistema de feedback positivo: fundos de novos investidores são usados para pagar retornos invulgarmente altos, que por sua vez atraem mais novos investidores, causando um rápido crescimento em direção ao colapso. W. Brian Arthur também estudou e escreveu sobre feedback positivo na economia (por exemplo, W. Brian Arthur, 1990). Hyman Minsky propôs uma teoria de que certas práticas de expansão de crédito poderiam fazer de uma economia de mercado “um sistema amplificador de desvio” que poderia entrar em colapso repentino, às vezes chamado de “momento Minsky”.
Sistemas simples que claramente separam os inputs dos outputs não são propensos ao risco sistêmico. Esse risco é mais provável à medida que a complexidade do sistema aumenta, pois torna-se mais difícil ver ou analisar todas as combinações possíveis de variáveis no sistema, mesmo sob condições de testes de estresse cuidadosos. Quanto mais eficiente for um sistema complexo, maior é a probabilidade de que ele seja propenso a riscos sistêmicos, pois é necessário apenas um pequeno desvio para perturbar o sistema. Portanto, sistemas complexos bem projetados geralmente têm características embutidas para evitar esta condição, como uma pequena quantidade de atrito, ou resistência, ou inércia, ou atraso no tempo para desacoplar as saídas das entradas dentro do sistema. Esses fatores equivalem a uma ineficiência, mas são necessários para evitar instabilidades.
O incidente do Flash Crash 2010 foi atribuído à prática do comércio de alta frequência (HFT), embora se o HFT realmente aumenta o risco sistêmico continue controverso.
Crescimento da população humanaEditar
Agricultura e população humana pode ser considerada como estando em um modo de feedback positivo, o que significa que um conduz o outro com intensidade crescente. Sugere-se que este sistema de feedback positivo terminará em algum momento com uma catástrofe, já que a agricultura moderna está usando todo o fosfato facilmente disponível e está recorrendo a monoculturas altamente eficientes que são mais suscetíveis ao risco sistêmico.
A inovação tecnológica e a população humana podem ser consideradas de forma semelhante, e isto tem sido oferecido como uma explicação para o aparente crescimento hiperbólico da população humana no passado, ao invés de um crescimento exponencial mais simples.Propõe-se que a taxa de crescimento está acelerando devido ao feedback positivo de segunda ordem entre população e tecnologia.(p133-160) O crescimento tecnológico aumenta a capacidade de carga da terra para as pessoas, o que leva a uma população crescente, e isto, por sua vez, impulsiona um crescimento tecnológico adicional.(p146)
Preconceito, instituições sociais e pobrezaEditar
Gunnar Myrdal descreveu um círculo vicioso de desigualdades crescentes, e pobreza, que é conhecida como “causa cumulativa circular”.
Em meteorologiaEditar
Seca se intensifica através de feedback positivo. A falta de chuva diminui a umidade do solo, o que mata as plantas e/ou as faz liberar menos água através da transpiração. Ambos os fatores limitam a evapotranspiração, o processo pelo qual o vapor de água é adicionado à atmosfera a partir da superfície, e adiciona pó seco à atmosfera, que absorve a água. Menos vapor de água significa tanto baixas temperaturas do ponto de orvalho como aquecimento diurno mais eficiente, diminuindo as chances de umidade na atmosfera levar à formação de nuvens. Finalmente, sem nuvens, não pode haver chuva, e o laço está completo.
Em climatologiaEditar
Climar “forcings” pode empurrar um sistema climático na direcção do aquecimento ou arrefecimento, por exemplo, o aumento das concentrações atmosféricas de gases com efeito de estufa provocam o aquecimento à superfície. Os “forcings” são externos ao sistema climático e os “feedbacks” são processos internos do sistema. Alguns mecanismos de feedback agem em relativo isolamento em relação ao resto do sistema climático enquanto outros estão fortemente acoplados. Forçamentos, feedbacks e a dinâmica do sistema climático determinam quanto e quão rápido o clima muda. O principal feedback positivo no aquecimento global é a tendência do aquecimento para aumentar a quantidade de vapor de água na atmosfera, o que, por sua vez, leva a um maior aquecimento. O principal feedback negativo vem da lei Stefan-Boltzmann, a quantidade de calor irradiado da Terra para o espaço é proporcional à quarta potência da temperatura da superfície da Terra e da atmosfera.
Outros exemplos de subsistemas de feedback positivo em climatologia incluem:
- Uma atmosfera mais quente irá derreter o gelo e isto muda o albedo que aquece ainda mais a atmosfera.
- Os hidratos de metano podem ser instáveis para que um oceano aquecido possa liberar mais metano, que também é um gás de efeito estufa.
- A turfa, que ocorre naturalmente em pântanos de turfa, contém carbono. Quando a turfa seca, decompõe-se, e pode ainda queimar. A turfa também libera óxido nitroso.
- Aquecimento global afeta a distribuição das nuvens. Nuvens em altitudes maiores aumentam os efeitos estufa, enquanto nuvens baixas refletem principalmente a luz solar, tendo efeitos opostos na temperatura.
O Quarto Relatório de Avaliação do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) afirma que “O aquecimento antropogênico pode levar a alguns efeitos que são abruptos ou irreversíveis, dependendo da taxa e magnitude da mudança climática.”
Em sociologiaEditar
Uma profecia auto-realizada é um ciclo de feedback social positivo entre crenças e comportamento: se um número suficiente de pessoas acredita que algo é verdade, seu comportamento pode torná-lo verdade, e observações de seu comportamento podem, por sua vez, aumentar a crença. Um exemplo clássico é uma corrida de banco.
Outro exemplo sociológico de feedback positivo é o efeito de rede. Quando mais pessoas são encorajadas a aderir a uma rede, isto aumenta o alcance da rede, portanto a rede expande-se cada vez mais rapidamente. Um vídeo viral é um exemplo do efeito de rede em que os links para um vídeo popular são compartilhados e redistribuídos, garantindo que mais pessoas vejam o vídeo e depois publiquem novamente os links. Essa é a base de muitos fenômenos sociais, incluindo esquemas Ponzi e cartas em cadeia. Em muitos casos, o tamanho da população é o fator limitante do efeito de feedback.
Em químicaEditar
Se uma reação química causa a liberação de calor, e a reação em si acontece mais rapidamente a temperaturas mais altas, então há uma alta probabilidade de feedback positivo. Se o calor produzido não for removido dos reagentes suficientemente rápido, a fuga térmica pode ocorrer e muito rapidamente levar a uma explosão química.
Em conservaçãoEditar
Muita vida selvagem é caçada pelas suas partes que podem ser bastante valiosas. Quanto mais perto da extinção as espécies visadas se tornam, mais alto é o preço que há em suas partes. Este é um exemplo de feedback positivo.