Forskere skaber verdens mindste computer

IBMs meddelelse om, at de havde produceret verdens mindste computer tilbage i marts, vakte et par øjenbryn på University of Michigan, hjemsted for den tidligere mester i tiny computing.

Nu, Michigan -holdet er blevet endnu mindre, med en enhed, der kun måler 0,3 mm til en side – overskredet af et riskorn.

Grunden til nysgerrigheden er, at IBM's påstand kræver en fornyet undersøgelse af, hvad der er en computer. Tidligere systemer, inklusive 2x2x4mm Michigan Micro Mote, bevarer deres programmering og data, selvom de ikke er eksternt drevet.

Frakobl en stationær computer, og dens program og data er der stadig, når den starter sig selv op, når strømmen er tilbage. Disse nye mikroenheder, fra IBM og nu Michigan, mister al tidligere programmering og data, så snart de mister strømmen.

"Vi er ikke sikre på, om de skal kaldes computere eller ej. Det er mere en opfattelse, om de har den nødvendige minimumsfunktionalitet, " sagde David Blaauw, professor i elektro- og computerteknik, der ledede udviklingen af ​​det nye system sammen med Dennis Sylvester, også professor i ECE, og Jamie Phillips, en Arthur F. Thurnau Professor og professor i ECE.

Ud over RAM og fotovoltaik, de nye computerenheder har processorer og trådløse sendere og modtagere. Fordi de er for små til at have konventionelle radioantenner, de modtager og sender data med synligt lys. En basestation giver lys til strøm og programmering, og den modtager dataene.

En af de store udfordringer ved at lave en computer omkring 1/10 på størrelse med IBM var, hvordan man kører med meget lav strøm, når systememballagen skulle være gennemsigtig. Lyset fra basestationen - og fra enhedens egen transmissions-LED - kan inducere strømme i dens bittesmå kredsløb.

"Vi var dybest set nødt til at opfinde nye måder at nærme kredsløbsdesign på, der ville have lige så lav effekt, men som også kunne tolerere lys, "Sagde Blaauw.

For eksempel, det betød udskiftning af dioder, som kan fungere som små solceller, til switchede kondensatorer.

En anden udfordring var at opnå høj nøjagtighed, mens den kørte med lav effekt, som laver mange af de sædvanlige elektriske signaler (som ladning, strøm og spænding) mere støjende.

Designet som en præcisionstemperatursensor, den nye enhed konverterer temperaturer til tidsintervaller, defineret med elektroniske impulser. Intervallerne måles på chip mod et konstant tidsinterval sendt af basestationen og derefter omdannet til en temperatur. Som resultat, computeren kan rapportere temperaturer i små områder – såsom en klynge af celler – med en fejl på omkring 0,1 grader Celsius.

Systemet er meget fleksibelt og kan genskabes til en række forskellige formål, men holdet valgte præcise temperaturmålinger på grund af et behov inden for onkologi. Deres mangeårige samarbejdspartner, Gary Luker, professor i radiologi og biomedicinsk teknik, ønsker at besvare spørgsmål om temperatur i tumorer.

Nogle undersøgelser tyder på, at tumorer bliver varmere end normalt væv, men dataene er ikke solide nok til at have tillid til spørgsmålet. Temperatur kan også hjælpe med at vurdere kræftbehandlinger.

"Da temperatursensoren er lille og biokompatibel, vi kan implantere det i en mus og kræftceller vokser omkring det, " sagde Luker. "Vi bruger denne temperatursensor til at undersøge variationer i temperatur i en tumor versus normalt væv, og om vi kan bruge ændringer i temperatur til at bestemme succes eller fiasko af behandlingen."

Selvom Lukers eksperimenter kører, Blaauw, Sylvester og Phillips ser frem til, hvilke formål andre vil finde til deres nyeste mikrocomputere.

"Da vi først lavede vores millimetersystem, vi vidste faktisk ikke præcis alle de ting, det ville være nyttigt til. Men når vi først har offentliggjort det, vi begyndte at modtage snesevis og snesevis og snesevis af forespørgsler, " sagde Blaauw.

Og den enhed, Michigan Micro Mote, kan vise sig at være verdens mindste computer endda stadig - afhængigt af hvad fællesskabet beslutter er en computers minimumskrav.

Hvad nytter en lille computer? Anvendelser af Michigan Micro Mote:

• Trykføling inde i øjet til diagnose af glaukom
• Kræftstudier
• Olie reservoir overvågning
• Biokemisk procesovervågning
• Overvågning:audio og visuelt
• Små sneglestudier

Undersøgelsen blev præsenteret den 21. juni ved 2018 Symposia on VLSI Technology and Circuits. Papiret har titlen "Et 0,04 mm3 16nW trådløst og batteriløst sensorsystem med integreret Cortex-M0+ processor og optisk kommunikation til cellulær temperaturmåling."