Inžinierių sukurti elektroniniai lustai, galintys savarankiškai pasitaisyti

savaime repair
1/52/53/54/55/5
3.00/5 (2)
loadingLoading...

Įsivaizduokite, kad jūsų išmaniųjų telefonų ar kompiuterių lustai galėtų patys susitaisyti, per keletą sekundžių gebėtų atsigauti po tokių gedimų kaip akumuliatoriaus energijos tiekimo sutrikimai ar tranzistorių gedimai. Tai galėtų atrodyti kaip mokslinė fantastika, bet Kalifornijos technologijos instituto („Caltech“) komanda sukūrė pirmąjį pasaulyje save „gydantį“ integruotą lustą.

Komanda, sudaryta iš Didelės spartos integruotų grandynų laboratorijos (High-Speed Integrated Circuits Laboratory), esančios Inžinerijos ir taikomųjų mokslų skyriuje „Caltech‘e“, pademonstravo šią „save gydančią“ galimybę mažuose stiprintuvuose. Eksperimentiniai stiprintuvai su 76 naujaisiais lustais, turinčiais savigydos funkciją, buvo vos cento monetos dydžio. Eksperimentų metu komanda didelės energijos lazerio spinduliu sunaikino keletą mikroschemos komponentų  ir stebėjo, kaip lustai greičiau nei per sekundę automatiškai  atrado problemos sprendimą, imdami siųsti signalus taip, kad jie apeitų nebeveikiančius komponentus.

pirmas
The photo of self-healing PA system showing RF blocks, sensors, actuators and self-healing digital core, and close up photos of output stage transistor before and after laser cutting. Credit: Steven M.Bowers et al.

„Buvo neįtikėtina pirmą kartą stebėti, kaip apgadinta sistem  pati save sutaisė. Jausmas toks, lyg būtume stebėję naują integruotų grandynų evoliucijos žingsnį“, – sakė „Caltech‘o“ elektrotechnikos inžinierius Ali Hadžimiris (Ali Hajimiri), – „Mes sudeginome beveik pusę stiprintuvo ir daugelis jo komponentų pvz., tranzistoriai, tiesiog virto dūmais, o mikroschema atsistatė beveik iki idealios būsenos“.

Iki šiol net po vienintelio gedimo lustas virsdavo beverčiu. „Caltech‘o“ inžinieriai integruotų grandynų mikroschemoms norėjo suteikti panašių į mūsų pačių imuninę sistemą gydomųjų galimybių – leidžiančių  aptikti ir greitai reaguoti į bet kokias infekcijas, siekiant išlaikyti optimaliausią sistemos veikimą. Stiprintuvas turi daugybę atsparių jutiklių, stebinčių temperatūrą, elektros srovę, įtampą ir galią. Iš tų jutiklių gauta informacija perduodama tiesiai į specialų pačioje mikroschemoje esantį procesorių, sprendžiantį, kurias grandines reikia naudoti keičiant nebeveikiančius komponentus.

Antras
Some of the damage Caltech engineers intentionally inflicted on their self-healing power amplifier using a high-power laser. The chip was able to recover from complete transistor destruction. This image was captured with a scanning electron microscope. Credit: Jeff Chang and Kaushik Dasgupta/Caltech

Įdomu tai, kad mikroschemos procesorius neveikia pagal iš anksto įvestus algoritmus, kurie nurodytų, kaip reaguoti į kiekvieną įmanomą gedimo scenarijų. . Vietoj to, jis daro išvadas remiantis bendra iš visų jutiklių gaunama informacija „Jūs pasakote mikroschemai savo reikalavimus ir leidžiate jai pačiai apskaičiuoti, kaip gauti laukiamus rezultatus“, – teigia A. Hadžimirio laboratorijos doktorantas ir pagrindinis šio straipsnio autorius Stivenas Bauersas (Steven Bauers). „Mūsų iššūkis tas, kad kiekvienoje mikroschemoje yra daugiau negu 100 tūkst. tranzistorių ir neįmanoma numatyti, kurie iš jų gali sugesti. Bet dabar mums to ir nereikia. Sukūrėme sistemą, galinčią bet kuriuo metu nustatyti mikroperjungiklius į optimalias būsenas be išorinio įsikišimo. “Išanalizavusi 20 skirtingų mikroschemų, komanda nustatė, kad stiprintuvai su „save gydančiu“ gebėjimu suvartoja maždaug pusę tiek energijos, kiek neturintys to sugebėjimo, ir jų bendras veikimas buvo labiau nuspėjamas ir lengviau atkuriamas. „Parodėme, kad „save gydantis“ sugebėjimas padeda spręsti  keturių labai skirtingų tipų problemas“, – pasakojo kitas projekto darbuotojas Kaušikas Dasgupta (Kaushik Dasgupta). Šios problemos yra nežymūs tų pačių tipų komponentų skirtumai, senėjimas, trumpalaikiai pakitimai, atsirandantys dėl aplinkos sąlygų, tokių kaip apkrovos pokyčiai, temperatūros svyravimai, maitinimo įtampos pokyčiai, ir galiausiai atsitiktinis arba tyčinis didelių grandyno dalių sunaikinimas.

„Caltech‘o“ komanda pirmiausia nutarė pademonstruoti šį lusto sugebėjimą pasitaisyti milimetrinių bangų stiprintuvuose. Tokie aukšto dažnio lustai  – šiuo metu vieni pažangiausių ir pritaikomi naujos kartos komunikacijų, vaizdų siuntimo bei radarų įrangai, atpažinimo sistemoms. Pademonstruodami, kad sugebėjimas pasitaisyti gerai veikia tokiuose pažangiuose lustuose, mokslininkai tikisi, kad ši savybė gali būti įdiegta ir į bet kurią kitą elektroninę sistemą. „Tokios integruotos į mikroschemų grandynų „imuninės“ sistemos panaudojimas atveria mums daugybę galimybių“, – tvirtina A. Hadžimiras.

Parengė Julija Carapkina

Šaltiniai

http://phys.org/news/2013-03-caltech-self-healing-electronic-chips.html