Kredit:University of Michigan
IBMs tillkännagivande att de hade tillverkat världens minsta dator redan i mars höjde några ögonbryn vid University of Michigan, hem för den tidigare mästaren i tiny computing.
Nu, Michigan-teamet har blivit ännu mindre, med en anordning som bara mäter 0,3 mm åt sidan – försvagad av ett riskorn.
Anledningen till nyfikenheten är att IBM:s påstående kräver en omprövning av vad som är en dator. Tidigare system, inklusive 2x2x4mm Michigan Micro Mote, behålla sin programmering och data även när de inte drivs externt.
Koppla ur en stationär dator, och dess program och data finns kvar när den startar upp sig själv när strömmen är tillbaka. Dessa nya mikroenheter, från IBM och nu Michigan, förlorar all tidigare programmering och data så snart de tappar ström.
"Vi är inte säkra på om de ska kallas datorer eller inte. Det är mer en åsiktsfråga om de har den minsta funktionalitet som krävs, " sa David Blaauw, professor i el- och datateknik, som ledde utvecklingen av det nya systemet tillsammans med Dennis Sylvester, också professor i ECE, och Jamie Phillips, en Arthur F. Thurnau professor och professor i ECE.
Förutom RAM och solceller, de nya datorenheterna har processorer och trådlösa sändare och mottagare. Eftersom de är för små för att ha konventionella radioantenner, de tar emot och överför data med synligt ljus. En basstation ger ljus för ström och programmering, och den tar emot data.
En av de stora utmaningarna med att göra en dator ungefär 1/10 av storleken på IBMs var hur man kör på mycket låg effekt när systempaketet måste vara transparent. Ljuset från basstationen – och från enhetens egen sändnings-LED – kan inducera strömmar i dess små kretsar.
"Vi var i princip tvungna att uppfinna nya sätt att närma sig kretsdesign som skulle vara lika låg effekt men som också kunde tolerera ljus, " sa Blaauw.
Till exempel, det innebar att byta dioder, som kan fungera som små solceller, för switchade kondensatorer.
En annan utmaning var att uppnå hög noggrannhet när du körde på låg effekt, som gör många av de vanliga elektriska signalerna (som laddning, ström och spänning) bullrigare.
Designad som en precisionstemperatursensor, den nya enheten omvandlar temperaturer till tidsintervall, definieras med elektroniska pulser. Intervallerna mäts på chipet mot ett konstant tidsintervall som skickas av basstationen och omvandlas sedan till en temperatur. Som ett resultat, datorn kan rapportera temperaturer i små områden – som ett kluster av celler – med ett fel på cirka 0,1 grader Celsius.
Systemet är mycket flexibelt och skulle kunna omarbetas för en mängd olika ändamål, men teamet valde precisionstemperaturmätningar på grund av ett behov inom onkologi. Deras mångåriga samarbetspartner, Gary Luker, professor i radiologi och biomedicinsk teknik, vill svara på frågor om temperatur i tumörer.
Vissa studier tyder på att tumörer blir varmare än normal vävnad, men uppgifterna är inte tillräckligt solida för förtroende i frågan. Temperatur kan också hjälpa till att utvärdera cancerbehandlingar.
"Eftersom temperatursensorn är liten och biokompatibel, vi kan implantera den i en mus och cancerceller växer runt den, " sa Luker. "Vi använder den här temperatursensorn för att undersöka temperaturvariationer i en tumör jämfört med normal vävnad och om vi kan använda temperaturförändringar för att avgöra framgång eller misslyckande av behandlingen."
Även när Lukers experiment löper, Blaauw, Sylvester och Phillips ser fram emot vilka syften andra kommer att hitta för sin senaste mikrodatorenhet.
"När vi först gjorde vårt millimetersystem, vi visste faktiskt inte exakt allt det skulle vara användbart för. Men när vi väl publicerade den, vi började få dussintals och dussintals och dussintals förfrågningar, " sa Blaauw.
Och den enheten, Michigan Micro Mote, kan till och med visa sig vara världens minsta dator – beroende på vad samhället bestämmer är en dators minimikrav.
Vad hjälper en liten dator? Tillämpningar av Michigan Micro Mote:
Studien presenterades den 21 juni vid 2018 års Symposia on VLSI Technology and Circuits. Tidningen har titeln "Ett 0,04 mm3 16nW trådlöst och batterilöst sensorsystem med integrerad Cortex-M0+-processor och optisk kommunikation för cellulär temperaturmätning."
