211service.com
En kubik millimeter dator
En ny trådlös datorsensor bara en kubikmillimeter stor skulle så småningom kunna implanteras i ögonen på människor med glaukom, ta tryckavläsningar 24 timmar om dygnet och överföra data till läkare.
Liten sensor: Denna trådlösa trycksensor kan så småningom implanteras i ögat på glaukompatienter.
Den nya enheten innehåller en processor, ett minne, en trycksensor, en solcell, ett tunnfilmslitiumbatteri och en sändare i en liten glasrektangel. Forskare från University of Michigan rapporterade om enheten tidigare denna vecka vid International Solid-State Circuits Conference i San Francisco.
Sensorn tar tryckavläsningar var 15:e minut och lagrar dem i minnet tills de kan laddas upp en extern enhet. Solcellen, som bara mäter 0,07 kvadratmillimeter, laddar hela tiden batteriet; det tar antingen 1,5 timmars solljus eller 10 timmars inomhusljus för att ladda den helt.
Dennis Sylvester , en elektroingenjör vid University of Michigan, säger att den verkliga begränsningen för att krympa enheten inte var storleken på kretsarna utan den lilla mängd ström som batteriet kunde ge. Så varje komponent var designad för att använda så lite ström som möjligt.
Faktiskt, säger David Blaauw , en elektrisk ingenjör vid University of Michigan som var medförfattare till tidningen, vilket minskade effektkraven innebar att kretsarna blev större än de behövde vara. Mindre kretsar skulle ha läckt mer ström, vilket krävt ett större batteri och gjort hela paketet större. Så kretsarna gjordes med hjälp av en decennium gammal process som ger funktionsstorlekar på 180 nanometer, snarare än den moderna standarden på 32 nanometer.
Under tiden var minnescellerna tvungna att göras om för att fungera på endast cirka 400 millivolt istället för den vanliga en volt. Forskarna använde också speciella power-gating-transistorer som kan nästan helt stänga av strömmen när enheten ligger i viloläge.
Resultatet är en sensor som endast förbrukar 5,3 nanowatt i genomsnitt. Men energibesparingen kostar. Processorn går på endast 100 kilohertz (jämfört med cirka 1 gigahertz i en smart telefon); minnet har en kapacitet på endast 4 000 bitar; och den trådlösa transceivern har en räckvidd på endast cirka 10 centimeter. Ändå räcker det för att ta en tryckavläsning och lagra den i flera dagar.
I en separat artikel rapporterade elektriker David D. Wentzloff vid University of Michigan om en avancerad miniatyrradio som kunde utöka sändningsområdet för små sensorer, vilket gör att de kan nätverka tillsammans.
Radioapparater använder normalt en kvartskristall eller någon annan oscillator för att fungera som referens vid justering av radiofrekvensen. Men oscillatorn tillför bulk, vilket gör det svårt att krympa radion till millimeterstorlek. Wentzloffs radio utnyttjar dock det faktum att varje antenn har en naturlig resonansfrekvens som varierar beroende på dess dimensioner. Wentzloff skapade en krets som mäter denna resonansfrekvens och använder den för att ställa in radiofrekvensen. Så småningom, säger han, kan de små radioapparaterna ha en räckvidd på en till 10 meter, vilket gör att nätverk av sensorer kan kommunicera med varandra.
Små sensorer kan användas för annan biomedicinsk övervakning, som att spåra tumörernas framsteg. De kan också användas för att övervaka miljön för föroreningar, eller för att tillhandahålla övervakning för militära eller säkerhetstillämpningar.