211service.com
En-kubik-millimeter computer
En ny trådløs computersensor, der kun er en kubikmillimeter i størrelse, kan i sidste ende implanteres i øjnene på mennesker med grøn stær, ved at tage trykmålinger 24 timer i døgnet og overføre dataene til læger.
Lille sensor: Denne trådløse tryksensor kunne med tiden implanteres i øjet på glaukompatienter.
Den nye enhed pakker en processor, hukommelse, en tryksensor, en solcelle, et tyndfilmslithiumbatteri og en sender i et lille glasrektangel. Forskere fra University of Michigan rapporterede om enheden tidligere på ugen ved International Solid-State Circuits Conference i San Francisco.
Sensoren tager trykaflæsninger hvert 15. minut og gemmer dem i hukommelsen, indtil de kan uploades til en ekstern enhed. Solcellen, der kun måler 0,07 kvadratmillimeter, genoplader konstant batteriet; det tager enten 1,5 timers sollys eller 10 timers indendørs lys at oplade den helt.
Dennis Sylvester , en elektrisk ingeniør ved University of Michigan, siger, at den virkelige begrænsning ved at krympe enheden ikke var størrelsen på kredsløbene, men den lille mængde strøm, dets batteri var i stand til at levere. Så hver komponent blev designet til at bruge så lidt strøm som muligt.
Faktisk, siger David Blaauw , en elektrisk ingeniør ved University of Michigan, der var medforfatter til papiret, hvilket reducerede strømkravene betød at gøre kredsløbene større, end de skulle være. Mindre kredsløb ville have lækket mere strøm, hvilket krævede et større batteri og gjorde hele pakken større. Så kredsløbene blev lavet ved hjælp af en årti gammel proces, der giver funktionsstørrelser på 180 nanometer i stedet for den moderne standard på 32 nanometer.
I mellemtiden skulle hukommelsescellerne omdesignes til kun at fungere ved omkring 400 millivolt i stedet for den sædvanlige én volt. Forskerne brugte også specielle power-gating-transistorer, der er i stand til næsten fuldstændigt at afbryde strømmen, når enheden er i dvale.
Resultatet er en sensor, der kun forbruger 5,3 nanowatt i gennemsnit. Men strømbesparelsen har en pris. Processoren kører på kun 100 kilohertz (sammenlignet med omkring 1 gigahertz i en smartphone); hukommelsen har en kapacitet på kun 4.000 bits; og den trådløse transceiver har en rækkevidde på kun omkring 10 centimeter. Alligevel er det nok til at tage en trykaflæsning og gemme den i flere dage.
I et separat papir rapporterede den elektriske ingeniør ved University of Michigan, David D. Wentzloff, en avanceret miniatureradio, der kunne udvide sendeområdet for små sensorer, så de kan netværke sammen.
Radioer bruger normalt en kvartskrystal eller en anden oscillator til at tjene som reference ved justering af radiofrekvensen. Men oscillatoren tilføjer bulk, hvilket gør det svært at krympe radioen til millimeterstørrelse. Wentzloffs radio udnytter dog det faktum, at hver antenne har en naturlig resonansfrekvens, der varierer efter dens dimensioner. Wentzloff skabte et kredsløb, der måler denne resonansfrekvens og bruger den til at indstille radiofrekvensen. Til sidst, siger han, kunne de små radioer have en rækkevidde på en til 10 meter, hvilket tillader netværk af sensorer at kommunikere med hinanden.
Små sensorer kan bruges til anden biomedicinsk overvågning, såsom sporing af tumorers fremskridt. De kan også bruges til at overvåge miljøet for forurenende stoffer eller til at levere overvågning til militære eller sikkerhedsmæssige applikationer.