211service.com
Computer van één kubieke millimeter
Een nieuwe draadloze computersensor van slechts een kubieke millimeter groot zou uiteindelijk kunnen worden geïmplanteerd in de ogen van mensen met glaucoom, waarbij 24 uur per dag drukmetingen worden gedaan en de gegevens worden doorgestuurd naar artsen.
Kleine sensor: Deze draadloze druksensor zou uiteindelijk in het oog van glaucoompatiënten kunnen worden geïmplanteerd.
Het nieuwe apparaat verpakt een processor, geheugen, een druksensor, een zonnecel, een dunne-film lithiumbatterij en een zender in een kleine glazen rechthoek. Onderzoekers van de Universiteit van Michigan rapporteerden eerder deze week over het apparaat op de International Solid-State Circuits Conference in San Francisco.
De sensor meet elke 15 minuten drukmetingen en slaat deze op in het geheugen totdat ze naar een extern apparaat kunnen worden geüpload. De zonnecel, die slechts 0,07 vierkante millimeter groot is, laadt de batterij constant op; er is ofwel 1,5 uur zonlicht of 10 uur binnenlicht nodig om hem volledig op te laden.
Dennis Sylvester , een elektrotechnisch ingenieur aan de Universiteit van Michigan, zegt dat de echte beperking bij het verkleinen van het apparaat niet de grootte van de circuits was, maar de kleine hoeveelheid stroom die de batterij kon leveren. Dus elk onderdeel is ontworpen om zo min mogelijk stroom te verbruiken.
In feite, zegt David Blaauw , een elektrotechnisch ingenieur van de Universiteit van Michigan die co-auteur was van het artikel, betekende het verminderen van de stroomvereisten dat de circuits groter moesten worden dan ze moesten zijn. Kleinere circuits zouden meer stroom hebben gelekt, waardoor een grotere batterij nodig was en het hele pakket groter zou zijn. Dus de circuits zijn gemaakt met behulp van een tien jaar oud proces dat kenmerken van 180 nanometer oplevert, in plaats van de moderne standaard van 32 nanometer.
Ondertussen moesten de geheugencellen opnieuw worden ontworpen om te werken op slechts ongeveer 400 millivolt in plaats van de gebruikelijke één volt. De onderzoekers gebruikten ook speciale power-gating transistors die in staat zijn om de stroom bijna volledig af te sluiten wanneer het apparaat slaapt.
Het resultaat is een sensor die gemiddeld slechts 5,3 nanowatt verbruikt. Maar de energiebesparing heeft een prijs. De processor draait op slechts 100 kilohertz (vergeleken met ongeveer 1 gigahertz in een smartphone); het geheugen heeft een capaciteit van slechts 4.000 bits; en de draadloze transceiver heeft een bereik van slechts ongeveer 10 centimeter. Toch is dat voldoende om een drukmeting uit te voeren en deze enkele dagen op te slaan.
In een apart artikel rapporteerde de elektrotechnisch ingenieur David D. Wentzloff van de Universiteit van Michigan een geavanceerde miniatuurradio die het zendbereik van kleine sensoren zou kunnen vergroten, zodat ze samen kunnen netwerken.
Radio's gebruiken normaal gesproken een kwartskristal of een andere oscillator om als referentie te dienen bij het aanpassen van de radiofrequentie. Maar de oscillator voegt massa toe, waardoor het moeilijk is om de radio tot millimetergrootte te verkleinen. De radio van Wentzloff maakt echter gebruik van het feit dat elke antenne een natuurlijke resonantiefrequentie heeft die varieert naargelang de afmetingen. Wentzloff creëerde een circuit dat deze resonantiefrequentie meet en gebruikt om de radiofrequentie af te stemmen. Uiteindelijk, zegt hij, zouden de kleine radio's een bereik van één tot tien meter kunnen hebben, waardoor netwerken van sensoren met elkaar kunnen communiceren.
Kleine sensoren kunnen worden gebruikt voor andere biomedische monitoring, zoals het volgen van de voortgang van tumoren. Ze kunnen ook worden gebruikt om de omgeving te controleren op verontreinigende stoffen of om toezicht te houden op militaire of veiligheidstoepassingen.