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Un prototipo de monitor de la presión ocular implantable para pacientes con glaucoma se cree que contiene en unos milímetros un  sistema de computación a escala completa.

Y una radio compacta que no requiera ajuste  para sintonizar la frecuencia correcta puede ser un factor clave para la organización a escala milimétrica de los sistemas de redes de sensores inalámbricos. Estas redes podrían un día rastrear la contaminación, monitorear la integridad estructural, realizar la vigilancia, o hacer prácticamente cualquier objeto inteligente y rastreable.

Ambos desarrollos en la Universidad de Michigan (EE.UU.), son hitos importantes en la marcha hacia la informática a escala milimétrica, se cree que es la frontera electrónica que viene.

Los investigadores presentarán ponencias sobre cada uno  en la International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) de San Francisco. El trabajo está dirigido por tres profesores del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación: profesores Dennis Sylvester y David Blaauw, y profesor asistente de David Wentzloff.

Ley de Bell y la promesa de la computación ubicua

Casi invisibles a escala milimétrica estos sistemas podrían permitir la computación ubicua, y los investigadores dicen que es el futuro de la industria. Apuntan a la Ley de Bell, un corolario de la Ley de Moore. (Moore dice que el número de transistores en un circuito integrado se duplica cada dos años, doblando la potencia de procesamiento).

La ley de Bell dice que hay una nueva clase de pequeños, ordenadores más baratos cada década. Con cada nueva clase, el volumen se reduce en dos órdenes de magnitud y el número de sistemas por persona aumenta. La ley se ha mantenido desde 1960 mainframes, en los años 80 los ordenadores personales, ordenadores portátiles en los años 90 y actualmente los teléfonos inteligentes del nuevo milenio.

«Cuando se hacen más pequeños que los dispositivos de mano,  se llega a estos dispositivos de control», dijo Blaauw. «El siguiente gran desafío es lograr a escala milimétrica sistemas, que ofrezcan una serie de nuevas aplicaciones para el control de nuestros cuerpos, nuestro ambiente y nuestros edificios. Debido a que son tan pequeños, se podrían fabricar cientos de miles en una oblea.  Se podrían utilizar cientos de ellos por persona y es este aumento per cápita el que impulsará el crecimiento de la industria de los semiconductores «.

El primer sistema complet0 a escala milimétrica

El nuevo sistema Blaauw y Sylvester está dirigido a aplicaciones médicas. El trabajo que presentaron en ISSCC se centra en un monitor de presión diseñado para ser implantado en el ojo, para hacer un seguimiento convenientemente y continuamente del progreso del glaucoma, una enfermedad que puede producir ceguera. (El dispositivo se espera que esté disponible en el mercado en pocos años).

En un paquete de un poco más de un milímetro cúbico, el sistema  incorpora un ultra bajo consumo de energía del microprocesador, un sensor de presión, la memoria, una batería de película delgada, una celda solar y una radio inalámbrica con una antena que puede transmitir datos a un lector externo, el dispositivo que se ubicará cerca del ojo.

«Esta es el primer  sistema de computación completo a escala auténticamente milimétrica», dijo Sylvester. «Nuestro trabajo es único en el sentido de que estamos pensando en sistemas completos en los que todos los componentes son de bajo consumo y su ajuste en el chip. Podemos obtener información, almacenarla y transmitirla. Las solicitudes de sistemas de este tamaño son innumerables «.

El procesador del monitor de la presión del ojo es la tercera generación de chips de los investigadores de Phoenix, utiliza una arquitectura de  energía única y un modo de reposo extremo, para lograr ultra bajo consumo de energía. El sistema se  activa cada 15 minutos para tomar medidas y consume una media de 5,3 nanovatios. Para mantener la batería cargada, se requiere la exposición a 10 horas de luz interior cada día o 1,5 horas de luz solar. Es capaz de almacenar hasta una semana de información.

Si bien este sistema es minúsculo y completo, su radio puede hablar con otros dispositivos como él. Esa es una característica importante para cualquier sistema dirigido a redes de sensores inalámbricos.

Una radio compacta única para permitir las redes de sensores inalámbricos

Wentzloff y el estudiante de doctorado Huang Kuo-Ken han dado un paso hacia permitir  tales comunicaciones de nodo a nodo. Han desarrollado una radio consolidada con una antena en el chip que no necesita el adaptador  voluminoso que usan los ingenieros cuando dos dispositivos aislados necesitan  «hablar» unos con otros.

Han dado lugar a una nueva antena para medir el tiempo por sí misma y actuar como su propia referencia. Mediante la integración de la antena a través de un avanzado proceso CMOS, se puede controlar con precisión su forma y tamaño y por lo tanto la forma en que oscila en respuesta a señales eléctricas.

«Las antenas tienen una frecuencia de resonancia natural para las señales eléctricas, que se define por su geometría, como un tono puro de audio en un sintonizador», dijo Wentzloff. «Al diseñar un circuito para monitorizar la señal en la antena y medir cuán cerca está de la resonancia natural de la antena, puede bloquear la señal transmitida a la frecuencia de resonancia de la antena.»

«Esta es la primera antena integrada que también sirve como su propia referencia. La radio en nuestro chip no  precisa un ajuste externo. Una vez que se despliega una red de ellos, automáticamente se alinean en la misma frecuencia.» Los investigadores están ahora trabajando en la reducción del consumo de energía de la radio para que sea compatible con baterías a escala milimétrica.

Fuente: EurekAlert¡