211service.com
Veel signalen, één chip
Het menselijk oor is een wonder van efficiënte techniek: het gebruikt heel weinig energie en kan een verbluffend breed frequentiebereik detecteren. Geïnspireerd door die bekwaamheid hebben MIT-ingenieurs een snelle, ultrabreedband, low-power radiochip gebouwd die kan worden gebruikt in draadloze apparaten die veel verschillende soorten signalen kunnen ontvangen.
Standing by Het RF-slakkenhuis, een ultrabreedband-radiochip met laag vermogen, wordt aan een antenne bevestigd om een breed scala aan signalen op te vangen.
Rahul Sarpeshkar '90, universitair hoofddocent elektrotechniek en computerwetenschappen, en zijn afgestudeerde student Soumyajit Mandal, SM '04, ontwierpen de chip om het binnenoor of slakkenhuis na te bootsen. De chip scheidt radiosignalen sneller in hun individuele frequenties dan elke andere door mensen ontworpen spectrumanalysator en werkt op een veel lager vermogen. Traditionele radiochips die dit zouden kunnen, zouden te veel stroom verbruiken om praktisch te zijn.
Dit verhaal maakte deel uit van ons nummer van juli 2009
- Zie de rest van het nummer
- Abonneren
Het slakkenhuis krijgt snel het grote beeld van wat er in het geluidsspectrum gebeurt, zegt Sarpeshkar. Hoe meer ik naar het oor begon te kijken, hoe meer ik me realiseerde dat het een superradio is met 3.500 parallelle kanalen.
De onderzoekers beschrijven hun nieuwe chip, die ze de radiofrequentie (RF) cochlea hebben genoemd, in een paper gepubliceerd in het juninummer van het IEEE Journal of Solid-State Circuits. Ze hebben ook een patent aangevraagd voor een universele radio-architectuur die het RF-slakkenhuis gebruikt om een breed spectrum aan signalen te verwerken, inclusief de signalen die worden uitgezonden in de meeste commerciële draadloze toepassingen.
In het biologische slakkenhuis worden geluidsgolven omgezet in mechanische golven die langs het cochleaire membraan en de vloeistof van het binnenoor reizen en haarcellen activeren, die elektrische signalen naar de hersenen sturen. In het RF-slakkenhuis, dat is ingebed op een siliciumchip van 1,5 bij 3 millimeter, reizen elektromagnetische golven door elektronische inductoren en condensatoren die de biologische vloeistof en het membraan nabootsen, en spelen elektronische transistoren de rol van de haarcellen. Maar terwijl het menselijk oor frequenties van 100 tot 10.000 hertz kan waarnemen, strekt het bereik van het RF-slakkenhuis zich uit van 600 megahertz tot 8 gigahertz, en omvat het mobiele telefoon-, internet-, radio- en televisiesignalen.
Opgeleid als ingenieur maar ook student biologie, put Sarpeshkar - met zijn groep in MIT's Research Laboratory of Electronics - vaak uit de natuurlijke wereld voor inspiratie bij het ontwerpen van elektronische apparaten. Hij zegt dat ingenieurs veel kunnen leren van het bestuderen van biologische systemen die in de loop van honderden miljoenen jaren zijn geëvolueerd om sensorische en motorische taken zeer efficiënt uit te voeren in omgevingen met veel ruis en concurrerende signalen.
Hoewel we nog een lange weg te gaan hebben voordat onze uitvindingen met succes zullen concurreren met die in de natuur, kunnen we volgens Sarpeshkar de intellectuele hulpbronnen van de natuur ontginnen om apparaten te maken die nuttig zijn voor de mens.