211service.com
Komputer o pojemności jednego milimetra sześciennego
Nowy bezprzewodowy czujnik komputerowy o wielkości zaledwie milimetra sześciennego mógłby ostatecznie zostać wszczepiony do oczu osób z jaskrą, mierzący ciśnienie przez 24 godziny na dobę i przesyłający dane do lekarzy.
Mały czujnik: Ten bezprzewodowy czujnik ciśnienia mógłby ostatecznie zostać wszczepiony do oka pacjentów z jaskrą.
Nowe urządzenie zawiera procesor, pamięć, czujnik ciśnienia, ogniwo słoneczne, cienkowarstwową baterię litową i nadajnik w maleńkim szklanym prostokącie. Naukowcy z University of Michigan poinformowali o urządzeniu na początku tego tygodnia na Międzynarodowej Konferencji Obwodów Półprzewodnikowych w San Francisco.
Czujnik wykonuje odczyty ciśnienia co 15 minut i przechowuje je w pamięci do czasu, aż będzie można je przesłać na urządzenie zewnętrzne. Ogniwo słoneczne o powierzchni zaledwie 0,07 milimetra kwadratowego stale ładuje baterię; Całkowite naładowanie zajmuje 1,5 godziny światła słonecznego lub 10 godzin światła w pomieszczeniu.
Dennis Sylwester , inżynier elektryk z University of Michigan, mówi, że prawdziwym ograniczeniem w zmniejszaniu urządzenia nie był rozmiar obwodów, ale niewielka ilość energii, jaką była w stanie zapewnić jego bateria. Dlatego każdy element został zaprojektowany tak, aby zużywał jak najmniej energii.
W rzeczywistości mówi David Blaauw , inżynier elektryk z University of Michigan, który jest współautorem artykułu, zmniejszenie zapotrzebowania na energię oznaczało, że obwody są większe niż musiały być. Mniejsze obwody spowodowały wyciek większego prądu, co wymagałoby większej baterii i powiększenia całego pakietu. Tak więc obwody zostały wykonane przy użyciu dziesięcioletniego procesu, który daje rozmiary 180 nanometrów zamiast współczesnego standardu 32 nanometrów.
Tymczasem komórki pamięci musiały zostać przeprojektowane, aby działały tylko przy około 400 miliwoltach zamiast zwykłego jednego wolta. Naukowcy wykorzystali także specjalne tranzystory bramkujące moc, które są w stanie niemal całkowicie odciąć prąd, gdy urządzenie jest uśpione.
Rezultatem jest czujnik, który zużywa średnio tylko 5,3 nanowata. Ale oszczędność energii ma swoją cenę. Procesor działa z częstotliwością zaledwie 100 kiloherców (w porównaniu z około 1 gigahercem w smartfonie); pamięć ma pojemność tylko 4000 bitów; a bezprzewodowy nadajnik-odbiornik ma zasięg tylko około 10 centymetrów. Jednak to wystarczy, aby wykonać odczyt ciśnienia i przechowywać go przez kilka dni.
W osobnym artykule inżynier elektryk z Uniwersytetu Michigan, David D. Wentzloff, opisał zaawansowane miniaturowe radio, które może rozszerzyć zasięg transmisji małych czujników, umożliwiając im łączenie się w sieć.
Radia zwykle używają kryształu kwarcu lub innego oscylatora, który służy jako odniesienie podczas regulacji częstotliwości radiowej. Ale oscylator zwiększa objętość, utrudniając zmniejszenie radia do rozmiaru milimetrowego. Jednak radio Wentzloff wykorzystuje fakt, że każda antena ma naturalną częstotliwość rezonansową, która zmienia się w zależności od jej wymiarów. Wentzloff stworzył obwód, który mierzy tę częstotliwość rezonansową i wykorzystuje ją do dostrojenia częstotliwości radiowej. W końcu, jak mówi, maleńkie radiotelefony mogą mieć zasięg od jednego do 10 metrów, umożliwiając sieciom czujników komunikowanie się ze sobą.
Niewielkie czujniki można by wykorzystać do innego monitorowania biomedycznego, np. śledzenia postępów nowotworów. Mogą być również wykorzystywane do monitorowania środowiska pod kątem zanieczyszczeń lub do zapewnienia nadzoru do zastosowań wojskowych lub bezpieczeństwa.