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Computer da un millimetro cubo
Un nuovo sensore per computer wireless di appena un millimetro cubo potrebbe essere impiantato negli occhi delle persone con glaucoma, rilevando la pressione 24 ore al giorno e trasmettendo i dati ai medici.
Piccolo sensore: Questo sensore di pressione wireless potrebbe eventualmente essere impiantato nell'occhio dei pazienti affetti da glaucoma.
Il nuovo dispositivo racchiude un processore, una memoria, un sensore di pressione, una cella solare, una batteria al litio a film sottile e un trasmettitore in un minuscolo rettangolo di vetro. I ricercatori dell'Università del Michigan hanno parlato del dispositivo all'inizio di questa settimana alla Conferenza internazionale sui circuiti a stato solido a San Francisco.
Il sensore rileva le letture della pressione ogni 15 minuti e le conserva in memoria finché non possono essere caricate su un dispositivo esterno. La cella solare, che misura appena 0,07 millimetri quadrati, ricarica costantemente la batteria; ci vogliono 1,5 ore di luce solare o 10 ore di luce interna per caricarlo completamente.
Dennis Sylvester , un ingegnere elettrico dell'Università del Michigan, afferma che il vero vincolo nel ridurre il dispositivo non era la dimensione dei circuiti, ma la piccola quantità di energia che la sua batteria era in grado di fornire. Quindi ogni componente è stato progettato per utilizzare la minor potenza possibile.
Infatti, dice David Blaauw , un ingegnere elettrico dell'Università del Michigan coautore del documento, ridurre i requisiti di alimentazione significava rendere i circuiti più grandi di quanto avrebbero dovuto essere. Circuiti più piccoli avrebbero perso più corrente, rendendo necessaria una batteria più grande e rendendo l'intero pacchetto più grande. Quindi i circuiti sono stati realizzati utilizzando un processo vecchio di dieci anni che produce dimensioni caratteristiche di 180 nanometri, anziché lo standard moderno di 32 nanometri.
Nel frattempo, le celle di memoria dovevano essere riprogettate per funzionare solo a circa 400 millivolt invece del solito un volt. I ricercatori hanno anche utilizzato speciali transistor a controllo di potenza in grado di interrompere quasi completamente la corrente quando il dispositivo è inattivo.
Il risultato è un sensore che consuma in media solo 5,3 nanowatt. Ma il risparmio energetico ha un costo. Il processore funziona a soli 100 kilohertz (rispetto a circa 1 gigahertz in uno smartphone); la memoria ha una capacità di soli 4.000 bit; e il ricetrasmettitore wireless ha una portata di soli 10 centimetri circa. Tuttavia, è sufficiente per eseguire una lettura della pressione e conservarla per diversi giorni.
In un articolo separato, l'ingegnere elettrico dell'Università del Michigan David D. Wentzloff ha segnalato una radio in miniatura avanzata che potrebbe estendere la gamma di trasmissione di piccoli sensori, consentendo loro di collegarsi in rete.
Le radio normalmente utilizzano un cristallo di quarzo o qualche altro oscillatore come riferimento durante la regolazione della frequenza radio. Ma l'oscillatore aggiunge volume, rendendo difficile ridurre la radio a dimensioni millimetriche. La radio di Wentzloff, invece, sfrutta il fatto che ogni antenna ha una frequenza di risonanza naturale che varia a seconda delle sue dimensioni. Wentzloff ha creato un circuito che misura questa frequenza di risonanza e la utilizza per sintonizzare la frequenza radio. Alla fine, dice, le minuscole radio potrebbero avere una portata da uno a 10 metri, consentendo alle reti di sensori di comunicare tra loro.
Piccoli sensori potrebbero essere utilizzati per altri monitoraggi biomedici, come il monitoraggio dell'andamento dei tumori. Potrebbero anche essere utilizzati per monitorare l'ambiente alla ricerca di inquinanti o per fornire sorveglianza per applicazioni militari o di sicurezza.