Mikrospínače menší než průměr vlasu
Mechanické relé se dočká znovuzrození. Skupina vědců ve výzkumném středisku GE Global Research vyvíjí miniaturní elektrické spínače menší než průměr lidského vlasu, které dokážou přenášet kilowatty elektrického výkonu. Označují se jako elektromechanické mikrosystémy – MEMS (micro-electro-mechanical systems).
Technologie MEMS umožní výrobu miniaturních spínačů s možná obrovskými důsledky pro vývoj systémů, jež budou řídit mobilní přístroje budoucnosti. Testování prototypu od GE ukazuje, že radiofrekvenční spínače MEMS mohou pomoci zrychlit datový přenos, zvýšit kvalitu signálu, prodloužit výdrž baterie a přizpůsobit přístroje nárokům LTE-Advanced.
Unikátní materiály fungují i v extrémních podmínkách
Tato technologie, primárně vytvářená pro průmyslové využití, by mohla přispět ke snížení odpadového tepla a spotřeby energie ve zdravotnických zařízeních, leteckých systémech i dalších produktech GE. To, co spínače MEMS firmy GE odlišuje od ostatních technologií MEMS, je unikátní soubor materiálů, který vyvinuli vědci GE, který umožňuje spínačům dosahovat životnosti v řádu miliard cyklů i v extrémních provozních podmínkách, např. ve vysoké teplotě, a zároveň si udržovat extrémně nízký přechodový odpor.
Vědci zároveň pracují na miniaturních verzích pro chytré telefony a tablety využívající bezdrátový přenos nové generace LTE-Advanced, označovaný též „True G4“. Byla již spuštěna v některých částech Asie a výhledově se stane celosvětovým měřítkem pro mobilní komunikaci. Umožňuje totiž stahování dat rychlostí, která by teoreticky mohla překonat 3 gigabity za vteřinu, tedy 10krát rychleji než ve stávajících sítích 4G. Pro srovnání: 4G LTE zvládá 300 Mb za vteřinu. Díky tomu, že LTE-Advanced využívá větší šíři vlnového pásma, chytřejší přenosové algoritmy a pracuje s více vysílači, dokáže také zajistit silnější spojení a vyšší kvalitu signálu. Aby bylo možné všechna tato vylepšení využít v praxi, musí s vývojem držet krok i hardware. A právě tady je příležitost pro uplatnění technologie spínačů MEMS od GE.
Nejnovější generace MEMS, na které výzkumný tým pracuje, dokáže rozpojit a spojit obvod pouze za využití elektrostatické síly, tedy stejné síly, která při česání „nabíjí“ hřeben a přitahuje k němu suché vlasy. Počet rozepnutí a sepnutí obvodu za vteřinu tak může díky těmto spínačům dosáhnout i několika tisíc.
„Zkušenosti a poznatky z oblasti materiálů, tvorby přístrojů, výroby, obalů, elektroniky či integrace systémů umožnily týmu překonat ty nejzásadnější výzvy spojené s miniaturizací spínačů. Dokážeme zmenšit velikost, snížit váhu, spotřebu energie i náklady našich systémů a zároveň zlepšit celkový výkon,“ konstatuje Chris Keimel, inženýr procesního vývoje ve výzkumném centru GE Global Research.
Stvořeny pro požadavky zítřka
Jak ukazují výsledky z laboratoře, radiofrekvenční spínače vyrobené za pomoci registrovaného postupu GE na zpracování kovů pro technologii MEMS jsou schopné splnit náročné požadavky, které na radiofrekvenční vstupní moduly i produkty bezdrátové infrastruktury klade mobilní síť příští generace LTE-Advanced. K jejich hlavním výhodám patří velmi vysoká linearita (zkreslení způsobené radiofrekvenčními komponenty totiž omezuje účinně využitelný pásmový rozsah systému), vložný útlum (ztráta výkonu při průchodu množstvím spínačů v mobilním telefonu ovlivňuje sílu signálu a výdrž baterie. Bylo naměřenoi při 3 GHz vložný útlum nižší než 0,3 dB), izolace (schopnost oddělit vlnová pásma a současně zachovat nenarušený signál stále nabývá na významu v souvislosti s technologií „carrier aggregation“, tedy spojování nosných signálů. Laboratoře GE naměřily při 3 GHz izolaci mezi kanály nižší než 35 dB) a nakonec miniaturní velikost (spínací prvek o rozměrech zhruba 50 x 50 µm umožňuje umístit velké množství rychlých spínačů na velice malou plochu).
569
