Molti segnali, un chip

L'orecchio umano è una meraviglia di ingegneria efficiente: utilizzando pochissima energia, è in grado di rilevare una gamma di frequenze sorprendentemente ampia. Ispirati da questa abilità, gli ingegneri del MIT hanno costruito un chip radio veloce, a banda ultralarga e a bassa potenza che potrebbe essere utilizzato in dispositivi wireless in grado di ricevere molti tipi diversi di segnali.

In attesa La coclea RF, un chip radio a bassa potenza ea banda ultralarga, si collega a un'antenna per captare un'ampia gamma di segnali.

Rahul Sarpeshkar '90, professore associato di ingegneria elettrica e informatica, e il suo studente laureato Soumyajit Mandal, SM '04, hanno progettato il chip per imitare l'orecchio interno, o coclea. Il chip separa i segnali radio nelle loro singole frequenze più velocemente di qualsiasi altro analizzatore di spettro progettato dall'uomo e funziona a una potenza molto più bassa. I chip radio tradizionali che potrebbero farlo consumerebbero troppa energia per essere pratici.

Questa storia faceva parte del nostro numero di luglio 2009

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La coclea ottiene rapidamente il quadro generale di ciò che sta accadendo nello spettro sonoro, afferma Sarpeshkar. Più ho iniziato a guardare l'orecchio, più mi sono reso conto che è come una super radio con 3.500 canali paralleli.

I ricercatori descrivono il loro nuovo chip, che hanno soprannominato la coclea a radiofrequenza (RF), in un articolo pubblicato nel numero di giugno dell'IEEE Journal of Solid-State Circuits. Hanno anche depositato un brevetto per un'architettura radio universale che utilizza la coclea RF per elaborare un ampio spettro di segnali, compresi quelli trasmessi nella maggior parte delle applicazioni wireless commerciali.

Nella coclea biologica, le onde sonore vengono convertite in onde meccaniche che viaggiano lungo la membrana cocleare e il fluido dell'orecchio interno, attivando le cellule ciliate, che inviano segnali elettrici al cervello. Nella coclea RF, che è incorporata su un chip di silicio che misura 1,5 per 3 millimetri, le onde elettromagnetiche viaggiano attraverso induttori e condensatori elettronici che imitano il fluido biologico e la membrana, e i transistor elettronici svolgono il ruolo delle cellule ciliate. Ma mentre l'orecchio umano può percepire frequenze da 100 a 10.000 hertz, la gamma della coclea RF si estende da 600 megahertz a 8 gigahertz, comprendendo telefoni cellulari, Internet, radio e segnali televisivi.

Ingegnere di formazione ma anche studente di biologia, Sarpeshkar, con il suo gruppo nel Research Laboratory of Electronics del MIT, attinge spesso al mondo naturale per l'ispirazione nella progettazione di dispositivi elettronici. Dice che gli ingegneri possono imparare molto dallo studio dei sistemi biologici che si sono evoluti nel corso di centinaia di milioni di anni per svolgere compiti sensoriali e motori in modo molto efficiente in ambienti rumorosi con segnali in competizione.

Sebbene abbiamo una lunga strada da percorrere prima che le nostre invenzioni possano competere con successo con quelle in natura, dice Sarpeshkar, possiamo estrarre le risorse intellettuali della natura per creare dispositivi utili agli umani.

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