Wiele sygnałów, jeden chip

Ludzkie ucho to cud wydajnej inżynierii – zużywając bardzo mało energii, może wykryć oszałamiająco szeroki zakres częstotliwości. Zainspirowani tą umiejętnością, inżynierowie MIT zbudowali szybki, ultraszerokopasmowy chip radiowy o małej mocy, który może być używany w urządzeniach bezprzewodowych zdolnych do odbierania wielu różnych rodzajów sygnałów.

W pogotowiu Ślimak RF, ultraszerokopasmowy chip radiowy o małej mocy, podłącza się do anteny, aby odebrać szeroki zakres sygnałów.

Rahul Sarpeshkar ‘90, profesor nadzwyczajny elektrotechniki i informatyki, oraz jego doktorant Soumyajit Mandal, SM ‘04, zaprojektowali chip naśladujący ucho wewnętrzne, czyli ślimak. Chip rozdziela sygnały radiowe na poszczególne częstotliwości szybciej niż jakikolwiek inny zaprojektowany przez człowieka analizator widma i działa przy znacznie mniejszej mocy. Tradycyjne chipy radiowe, które mogłyby to zrobić, zużywałyby zbyt dużo energii, aby były praktyczne.

Ta historia była częścią naszego wydania z lipca 2009

• Zobacz resztę numeru
• Subskrybuj

Ślimak szybko uzyskuje pełny obraz tego, co dzieje się w spektrum dźwięku, mówi Sarpeshkar. Im bardziej zacząłem patrzeć na ucho, tym bardziej zdawałem sobie sprawę, że to super radio z 3500 równoległymi kanałami.

Naukowcy opisują swój nowy chip, który nazwali ślimakiem o częstotliwości radiowej (RF) w artykule opublikowanym w czerwcowym wydaniu IEEE Journal of Solid-State Circuits. Złożyli również wniosek o patent na uniwersalną architekturę radiową, która wykorzystuje ślimaka RF do przetwarzania szerokiego spektrum sygnałów, w tym sygnałów przesyłanych w większości komercyjnych zastosowań bezprzewodowych.

W ślimaku biologicznym fale dźwiękowe są przekształcane w fale mechaniczne, które przemieszczają się wzdłuż błony ślimakowej i płynu ucha wewnętrznego, aktywując komórki rzęsate, które wysyłają sygnały elektryczne do mózgu. W ślimaku RF, osadzonym na chipie krzemowym o wymiarach 1,5 na 3 milimetry, fale elektromagnetyczne przemieszczają się przez elektroniczne cewki i kondensatory, które imitują płyn biologiczny i błonę, a elektroniczne tranzystory pełnią rolę komórek rzęsatych. Ale podczas gdy ludzkie ucho może odbierać częstotliwości od 100 do 10 000 herców, zasięg ślimaka RF rozciąga się od 600 megaherców do 8 gigaherców, obejmując sygnały telefoniczne, internetowe, radiowe i telewizyjne.

Wykształcony jako inżynier, ale także student biologii, Sarpeshkar – ze swoją grupą w Laboratorium Badawczym Elektroniki MIT – często czerpie inspirację ze świata przyrody w projektowaniu urządzeń elektronicznych. Mówi, że inżynierowie mogą się wiele nauczyć, badając systemy biologiczne, które ewoluowały przez setki milionów lat, aby bardzo skutecznie wykonywać zadania sensoryczne i motoryczne w środowiskach zaszumionych konkurencyjnymi sygnałami.

Chociaż przed nami długa droga, zanim nasze wynalazki będą z powodzeniem konkurować z tymi w naturze, mówi Sarpeshkar, możemy wydobywać zasoby intelektualne natury, aby tworzyć urządzenia przydatne dla ludzi.

ukryć