Un computer da un millimetro cubo

Un prototipo di un dispositivo destinato al monitoraggio della pressione dell'occhio per gli individui affetti da glaucoma incorpora il primo sistema computing completo su scala millimetrica ed un trasmettitore radio che non necessita alcuna sintonia per individuare la corretta frequenza di trasmissione. Ad illustrare le due innovazioni sono i ricercatori dell'università del Michigan, che hanno presentato due i propri lavori in occasione dell'International Solid State Circuits Conference.

Il lavoro di ricerca è stato coordinato dai tre membri del Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Computer Science dell'Università del Michigan: i professori Dennis Sylvester e David Blaauw, e l'assistente professore David Wentzloff. Il lavoro presentato all'ISSCC illustra un sensore progettato per essere impiantato direttamente nell'occhio, in maniera tale che possa tenere traccia in maniera continuativa delle condizioni del glaucoma, una patologia che può portare alla cecità.

I ricercatori sono stati in grado di costruire un dispositivo dalle dimensoni di appena un millimetro cubo, completo di processore a basso consumo, sensore di pressione, unità di memoria, batteria di tipo thin-film, una cella fotovoltaica e un trasmettitore radio capace di comunicare con un dispositivo di lettura esterno. Il professor Sylvester dichiara: "E' il primo sistema completo per il computing realizzato su scala millimetrica. Il nostro lavoro è unico, abbiamo pensato ad un sistema completo dove tutti i componenti siano a basso consumo e possano stare su di un chip. Possiamo raccogliere dati, conservarli e trasmetterli. Le applicazioni per sistemi di queste dimensioni sono infinite".

I ricercatori hanno usato la terza generazione del processore Phoenix, da essi stessi sviluppato, che impiega una particolare architettura di power gating in abbinamento ad una modalità extreme sleep che consentono di contenere il consumo energetico: il sistema si riattiva ogni 15 minuti per effettuare le rilevazioni necessarie e consuma una media di 5,3 nanowatt. Per mantenere la carica la batteria necessita di 10 ore di esposizione alla luce artificiale oppure 1,5 ore di luce solare ogni giorno. La memoria è in grado di conservare informazioni per una settimana.

Per permettere al dispositivo di comunicare le proprie rilevazioni all'esterno del corpo umano, i ricercatori hanno realizzato una particolare antenna che può essere integrata direttamente nel sistema tramite un processo CMOS, che consente di definire in maniera precisa le dimensioni e la forma dell'antenna stessa che, in tal modo, avrà una ben precisa frequenza di risonanza e non necessiterà di un oscillatore esterno come avviene di norma nei sistemi di ricetrasmissione radio. I ricercatori stanno ora lavorando sul contenimento del consumo del minuscolo apparato radio, in maniera che sia compatibile con batterie di scala millimetrica.

Il professor Blauuw commenta: "Nel momento in cui si riesce a realizzare un dispositivo elettronico più piccolo di un dispositivo da tasca, lo si trasforma in una soluzione di monitoraggio. La prossima grande sfida è rappresentata dalla realizzazione di sistemi su scala millimetrica che possano monitorare il nostro organismo, l'ambiente in cui viviamo e le nostre abitazioni. Dal momento che sono così piccoli, se ne possono produrre centinaia di migliaia su un singolo wafer di silicio. Ve ne potrebbero essere decine o centinaia per persona ed è questo incremento pro-capite che alimenta la crescita nell'industria dei semiconduttori".