密歇根大學(xué)制造的0.3毫米的計(jì)算機(jī)

最近，密歇根大學(xué)制造出了全長只有0.3毫米，超越了IBM公司今年3月展示1x1毫米大小的計(jì)算機(jī)，成為世界上最小的計(jì)算機(jī)。這款設(shè)備比米粒還小，利用可見光接收和傳輸數(shù)據(jù)。

除了速度外，計(jì)算機(jī)在體積最小方面也不斷刷新紀(jì)錄。

最近，美國密歇根大學(xué)制造出了世界上最小的計(jì)算機(jī)，全長只有0.3毫米，超越了IBM公司今年3月展示1x1毫米大小的計(jì)算機(jī)。

密歇根大學(xué)制造的最小計(jì)算機(jī)比米粒還小，由于它太小，無法擁有傳統(tǒng)的無線電天線，因此利用可見光接收和傳輸數(shù)據(jù)。

密歇根大學(xué)和IBM公司似乎在微縮計(jì)算機(jī)領(lǐng)域進(jìn)行一場(chǎng)比賽。IBM今年3月份展示的計(jì)算機(jī)，在當(dāng)時(shí)打破了密歇根大學(xué)在2015年制造的2x2x4毫米的Michigan Micro Mote（簡(jiǎn)稱M3）的世界最小記錄，現(xiàn)在，密歇根大學(xué)最新的微縮計(jì)算機(jī)又重回世界最小的計(jì)算機(jī)寶座。

IBM公司今年3月展示的1x1毫米大小的計(jì)算機(jī)

密歇根大學(xué)制造的M3

通過可見光接收和傳輸數(shù)據(jù)，一旦斷電就會(huì)失去所有先前數(shù)據(jù)

“我們不確定它們是否應(yīng)該被稱為計(jì)算機(jī)，更重要的是他們是否具備計(jì)算機(jī)所需的最低功能。”負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)新系統(tǒng)開發(fā)的密歇根大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程（ECE）教授David Blaauw說，他和CEC的Dennis Sylvester教授、Jamie Phillips教授一起完成了這項(xiàng)工作。

M3系統(tǒng)即使在沒有外部供電的情況下也能保留其編程和數(shù)據(jù)，不同于M3，密歇根大學(xué)制造的新型微型設(shè)備一旦斷電，就會(huì)失去所有先前的編程和數(shù)據(jù)。

除了RAM和光伏電池外，新的計(jì)算設(shè)備還有處理器和無線發(fā)射器和接收器。由于它們太小而不具有傳統(tǒng)的無線電天線，因此它們通過可見光來接收和傳輸數(shù)據(jù)。基站為電源和編程提供光源，并接收數(shù)據(jù)。

讓計(jì)算機(jī)大小只有IBM的十分之一面臨的最大挑戰(zhàn)之一是，如何在系統(tǒng)封裝必須透明的情況下以非常低的功耗運(yùn)行。來自基站的光線和來自設(shè)備自身的發(fā)射LED可以在其微小的電路中感應(yīng)電流。

“我們基本上是發(fā)明新的電路設(shè)計(jì)的方法，這種方法功率同樣低，但也可以耐受光（tolerate light）。”Blaauw說。

例如，這意味著交換二極管，可以像微小的太陽能電池一樣，用于開關(guān)電容器。

另一個(gè)挑戰(zhàn)是在低功耗下實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度，這使得許多常見的電信號(hào)（如電荷、電流和電壓）更加嘈雜。

計(jì)算機(jī)能夠精確測(cè)量溫度，有助于癌癥治療

新設(shè)備是借助一種精密傳感器設(shè)計(jì)的，它將溫度轉(zhuǎn)換成時(shí)間間隔，用電子脈沖來定義。這些間隔是根據(jù)基站發(fā)送的穩(wěn)定時(shí)間間隔在芯片上測(cè)量的，然后轉(zhuǎn)換成溫度。因此，計(jì)算機(jī)可以報(bào)告極小區(qū)域的溫度——比如一組細(xì)胞——誤差約為0.1攝氏度。

該系統(tǒng)非常靈活，可以根據(jù)各種目的重新設(shè)計(jì)，但由于腫瘤學(xué)的需要，該團(tuán)隊(duì)選擇了精確的溫度測(cè)量。

一些研究表明，腫瘤比正常組織溫度更高，但這些溫度數(shù)據(jù)不夠穩(wěn)固，并不足以讓人們對(duì)這一問題產(chǎn)生信心。因此，微縮設(shè)備的溫度測(cè)量也可能有助于評(píng)估癌癥治療。

他們的長期合作者，放射學(xué)和生物醫(yī)學(xué)工程教授Gary Luker說，“由于溫度傳感器很小，并且與生物相容，我們可以把它植入有癌細(xì)胞生長的老鼠體內(nèi)。”Luker等人正在使用這種溫度傳感器來研究腫瘤與正常組織的溫度變化，以及是否可以使用溫度變化來確定治療的成敗。

除了Luker的實(shí)驗(yàn)，Blaauw，Sylvester和Phillips也期望他們最新的微縮計(jì)算設(shè)備能應(yīng)用到更多領(lǐng)域。

Blaauw稱：“當(dāng)我們首次研制出這種毫米級(jí)系統(tǒng)時(shí)，其實(shí)并不清楚它所有的用途。但是當(dāng)我們將它公之于眾，我們就開始收到無數(shù)的咨詢。”

目前，M3已經(jīng)在如下領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景：

青光眼診斷眼底壓力感應(yīng)

癌癥研究

油藏監(jiān)測(cè)

生化過程監(jiān)控

監(jiān)測(cè)：音頻和視覺

其他微小領(lǐng)域的研究

密歇根大學(xué)世界最小計(jì)算機(jī)的研究于6月21日在2018年VLSI Technology and Circuits上發(fā)布。該論文的標(biāo)題是 A 0.04mm3 16nW Wireless and Batteryless Sensor System with Integrated Cortex-M0+ Processor and Optical Communication for Cellular Temperature Measurement.