211service.com
Många signaler, ett chip
Det mänskliga örat är ett under av effektiv ingenjörskonst – med mycket lite energi kan det upptäcka ett fantastiskt brett spektrum av frekvenser. Inspirerade av denna skicklighet har MIT-ingenjörer byggt ett snabbt, ultrabredband, lågeffekts radiochip som kan användas i trådlösa enheter som kan ta emot många olika typer av signaler.
Stå vid sidan av RF-snäckan, ett lågeffekts ultrabredbandsradiochip, ansluts till en antenn för att fånga upp ett brett spektrum av signaler.
Rahul Sarpeshkar '90, docent i elektroteknik och datavetenskap, och hans doktorand Soumyajit Mandal, SM '04, designade chippet för att efterlikna innerörat, eller cochlea. Chipet separerar radiosignaler till sina individuella frekvenser snabbare än någon annan mänskligt designad spektrumanalysator och arbetar med mycket lägre effekt. Traditionella radiochips som skulle kunna göra detta skulle förbruka för mycket ström för att vara praktiskt.
Den här historien var en del av vårt julinummer 2009
- Se resten av frågan
- Prenumerera
Snäckan får snabbt den stora bilden av vad som händer i ljudspektrat, säger Sarpeshkar. Ju mer jag började titta på örat, desto mer insåg jag att det är som en superradio med 3 500 parallella kanaler.
Forskarna beskriver sitt nya chip, som de har kallat radiofrekvenssnäckan (RF), i en artikel publicerad i juninumret av IEEE Journal of Solid-State Circuits. De har också ansökt om patent på en universell radioarkitektur som använder RF-snäckan för att behandla ett brett spektrum av signaler, inklusive de som sänds i de flesta kommersiella trådlösa applikationer.
I den biologiska snäckan omvandlas ljudvågor till mekaniska vågor som färdas längs snäckans membran och vätskan i innerörat, vilket aktiverar hårceller, som skickar elektriska signaler till hjärnan. I RF-snäckan, som är inbäddad på ett kiselchip som mäter 1,5 gånger 3 millimeter, färdas elektromagnetiska vågor genom elektroniska induktorer och kondensatorer som imiterar den biologiska vätskan och membranet, och elektroniska transistorer spelar rollen som hårcellerna. Men medan det mänskliga örat kan uppfatta frekvenser från 100 till 10 000 hertz, sträcker sig RF-snäckans räckvidd från 600 megahertz till 8 gigahertz, och omfattar mobiltelefoner, internet, radio och tv-signaler.
Utbildad som ingenjör men också student i biologi, Sarpeshkar – tillsammans med sin grupp i MIT:s forskningslaboratorium för elektronik – använder sig ofta av den naturliga världen för inspiration i design av elektroniska enheter. Han säger att ingenjörer kan lära sig mycket av att studera biologiska system som har utvecklats under hundratals miljoner år för att utföra sensoriska och motoriska uppgifter mycket effektivt i miljöer som är bullriga med konkurrerande signaler.
Även om vi har en lång väg kvar att gå innan våra uppfinningar framgångsrikt kommer att konkurrera med dem i naturen, säger Sarpeshkar, kan vi bryta naturens intellektuella resurser för att skapa enheter användbara för människor.