Nejmenší počítač na světě

Studie byla představena na červnovém sympoziu o technologiích a obvodech VLSI  pod názvem „0,04mm3 16nW bezdrátový a bezbateriový senzorový systém s integrovaným procesorem Cortex-M0+ a optickou komunikací pro měření buněčné teploty“. Pod tímto poměrně krkolomným označením se skrývá zařízení tvaru krychličky skutečně miniaturních rozměrů, jehož strana měří jen 0,3 mm, takže zrnko rýže je proti němu obr.

Ale je to opravdu ještě počítač?
Věc má však háček: tvrzení společnosti IBM si podle michiganských vědců vyžaduje přehodnocení toho, co vlastně představuje počítač. Předchozí systémy (včetně 2 x 2 x 4 mm velkého systému Michigan Micro Mote) si uchovávají programování a data, i když nejsou externě napájeny, ale nová zařízení, jak od IBM, tak i systém michiganského týmu, ztratí při odpojení energie veškerá předchozí naprogramování a data. V závislosti na rozhodnutí IT komunity o minimálních požadavcích na počítače, by se zařízení UMICH mohlo stát nejmenším počítačem na světě.
„Nejsme si jisti, zda by se tato zařízení měla nazývat počítač. Je to spíše otázka, zda mají požadovanou minimální funkcionalitu,“ řekl David Blaauw, profesor elektrotechniky a výpočetní techniky na Michiganské univerzitě, který s dalšími kolegy vedl vývoj nového systému.
Vedle RAM a fotovoltaiky mají nová výpočetní zařízení procesory a bezdrátové vysílače a přijímače. Jelikož jsou příliš malé, aby měly konvenční rádiové antény, přijímají a přenášejí data pomocí viditelného světla, kdy základnová stanice poskytuje světlo pro napájení a programování a přijímá data.
Jedním z velkých problémů při sestavování počítače o desetinové velikosti zařízení představeného firmou IBM, bylo najít řešení, aby počítač fungoval při extrémně nízké spotřebě, přitom ale musí být kryt systému transparentní, aby světlo ze základnové stanice - a z vlastní přenosové LED diody - dokázalo vyvolat proud v malých obvodech. „V podstatě jsme museli vynalézt nové způsoby, jak řešit konstrukci obvodů, aby byly stejně nízkonapěťové, ale také tolerovaly světlo," řekl David Blaauw. To znamenalo např. výměnu diod, které mohou fungovat jako malé solární články, za spínané kondenzátory. Dalším úkolem bylo dosažení vysoké přesnosti při fungování s nízkou spotřebou, což způsobilo, že mnoho z obvyklých elektrických signálů je hlučnější.

Přesné měření teploty (nejen) pro výzkum rakoviny
Snímač je navržen jako přesné teplotní čidlo, které přeměňuje teploty na časové intervaly definované elektronickými impulsy. Intervaly se měří na čipu proti stálému časovému intervalu odeslanému základnovou stanicí a poté se převede na teplotu. Díky tomu počítač může hlásit teploty v nepatrných oblastech - jako je třeba skupina buněk - s chybou kolem 0,1 °C.
Systém je velmi flexibilní a může být upraven pro různé účely. Tým si vybral přesné měření teploty kvůli potřebě jejich spolupracovníka Garyho Lukera v onkologii. Tento profesor radiologie a biomedicínského inženýrství chce pomocí jejich zařízení získat odpovědi na otázky týkající se teploty v nádorech, protože některé studie naznačují, že nádory vykazují vyšší teplotu než normální tkáň. Údaje ze studií ale nejsou dostatečně průkazné, aby plně rozřešily tento problém.
Teplota může také pomoci při hodnocení léčby rakoviny. „Vzhledem k tomu, že snímač teploty je malý a biologicky kompatibilní, je možné ho implantovat do myší a rakovinové buňky budou růst kolem něj. Používáme tento snímač teploty ke zkoumání změn teploty v nádoru ve srovnání s normální tkáni. Pomocí údajů o teplotě pak můžeme vyhodnotit úspěšnost nebo selhání terapie," řekl Gary Luker.
K čemu by mohl být ještě takovýto miniaturní počítač dobrý? Tvůrci unikátního zařízení již nyní hledají jeho další uplatnění. Například k detekci tlaku uvnitř oka pro diagnostiku glaukomu, k výzkumu rakoviny, monitorování olejových nádrží nebo biochemických procesů či pro audio a vizuální dohled, ale také např. pro studium drobných plžů…

Katherine McAlpine

Publikováno: 1. 9. 2018 | Počet zobrazení: 1612 344