211service.com
Mange signaler, én chip
Det menneskelige øre er et vidunder af effektiv ingeniørkunst - ved at bruge meget lidt energi kan det registrere en forbløffende bred vifte af frekvenser. Inspireret af denne dygtighed har MIT-ingeniører bygget en hurtig, ultrabredbånds-radiochip med lav effekt, som kunne bruges i trådløse enheder, der er i stand til at modtage mange forskellige slags signaler.
Stående ved siden af RF cochlea, en ultrabredbånds-radiochip med lav effekt, som fastgøres til en antenne for at opfange en lang række signaler.
Rahul Sarpeshkar '90, lektor i elektroteknik og datalogi, og hans kandidatstuderende Soumyajit Mandal, SM '04, designede chippen til at efterligne det indre øre eller cochlea. Chippen adskiller radiosignaler i deres individuelle frekvenser hurtigere end nogen anden menneskedesignet spektrumanalysator og fungerer med meget lavere effekt. Traditionelle radiochips, der kunne gøre dette, ville forbruge for meget strøm til at være praktiske.
Denne historie var en del af vores juli-udgave 2009
- Se resten af problemet
- Abonner
Cochlea får hurtigt det store billede af, hvad der foregår i lydspektret, siger Sarpeshkar. Jo mere jeg begyndte at se på øret, jo mere indså jeg, at det er som en super radio med 3.500 parallelle kanaler.
Forskerne beskriver deres nye chip, som de har døbt radiofrekvens (RF) cochlea, i et papir offentliggjort i juni-udgaven af IEEE Journal of Solid-State Circuits. De har også ansøgt om et patent på en universel radioarkitektur, der bruger RF cochlea til at behandle et bredt spektrum af signaler, inklusive dem, der transmitteres i de fleste kommercielle trådløse applikationer.
I den biologiske cochlea omdannes lydbølger til mekaniske bølger, der bevæger sig langs cochlearmembranen og væsken i det indre øre og aktiverer hårceller, som sender elektriske signaler til hjernen. I RF-sneglen, som er indlejret på en siliciumchip, der måler 1,5 gange 3 millimeter, bevæger elektromagnetiske bølger sig gennem elektroniske induktorer og kondensatorer, der imiterer den biologiske væske og membran, og elektroniske transistorer spiller rollen som hårcellerne. Men mens det menneskelige øre kan opfatte frekvenser fra 100 til 10.000 hertz, strækker RF cochlea's rækkevidde sig fra 600 megahertz til 8 gigahertz, og omfatter mobiltelefon, internet, radio og tv-signaler.
Uddannet som ingeniør, men også studerende i biologi, trækker Sarpeshkar - sammen med sin gruppe i MIT's Research Laboratory of Electronics - ofte på den naturlige verden for at få inspiration til at designe elektroniske enheder. Han siger, at ingeniører kan lære en hel del af at studere biologiske systemer, der har udviklet sig over hundreder af millioner af år til at udføre sensoriske og motoriske opgaver meget effektivt i miljøer, der støjer med konkurrerende signaler.
Selvom vi har en lang vej at gå, før vores opfindelser med succes vil konkurrere med dem i naturen, siger Sarpeshkar, kan vi udvinde naturens intellektuelle ressourcer for at skabe enheder, der er nyttige for mennesker.