Grão de arroz ao lado de computador minúsculo

ANN ARBOR – O anúncio da IBM, feito em março, de que eles haviam produzido o menor computador do mundo fez levantar algumas sobrancelhas na Universidade de Michigan, sede do prévio campeão em computação minúscula.

Agora, a equipe de Michigan desenvolveu um dispositivo ainda menor, que mede apenas 0,3 mm, que faz um grão de arroz parecer uma montanha.

O motivo da curiosidade é que a reivindicação da IBM exige um reexame do que constitui um computador. Os sistemas anteriores, incluindo o Michigan Micro Mote, com dimensões de 2x2x4mm, mantém sua programação e dados mesmo quando não são alimentados externamente.

Mesmo ao desconectar um computador de mesa, seu programa e seus dados ainda estarão lá quando ele for inicializado, assim que a energia estiver de volta. Esses novos microdispositivos da IBM e também de Michigan, perdem toda a programação e dados anteriores assim que ficam sem energia.

“Não temos certeza se devem ser chamados de computadores ou não. É mais uma questão de saber se eles têm a funcionalidade mínima necessária,” disse David Blaauw, professor da Escola de Engenharia Elétrica e de Computação, que liderou o desenvolvimento do novo sistema.

Além da RAM e da energia fotovoltaica, os novos dispositivos de computação possuem processadores, transmissores e receptores sem fio. Por serem pequenos demais para ter antenas de rádio convencionais, eles recebem e transmitem dados com luz visível. Uma estação base fornece luz para alimentação e programação, além de receber os dados.

Um dos grandes desafios em fazer um computador com cerca de 1/10 do tamanho da IBM era como rodar com baixíssima energia quando a embalagem do sistema tinha que ser transparente. A luz da estação base – e do próprio LED de transmissão do dispositivo – pode induzir correntes em seus minúsculos circuitos.

“Basicamente, precisávamos inventar novas maneiras de abordar o projeto de circuitos que seriam igualmente de baixa potência, mas também tolerariam a luz,” disse Blaauw.

Por exemplo, isso significava trocar diodos, que podem agir como minúsculas células solares, para capacitores comutados.

Outro desafio foi obter alta precisão durante a operação com baixa potência, o que torna muitos dos sinais elétricos usuais (como carga, corrente e tensão) mais ruidosos.

Projetado como um sensor de temperatura de precisão, o novo dispositivo converte temperaturas em intervalos de tempo, definidos com pulsos eletrônicos. Os intervalos são medidos no chip contra um intervalo de tempo constante, enviado pela estação base e depois convertido em uma temperatura. Como resultado, o computador pode reportar temperaturas em regiões minúsculas – como um aglomerado de células – com um erro de cerca de 0,1 graus Celsius.

O sistema é muito flexível e pode ser reinventado para uma variedade de finalidades, mas a equipe escolheu medições de temperatura de precisão devido a uma necessidade na oncologia. Colaborador de longa data, Gary Luker, professor de Radiologia e Engenharia Biomédica, quer responder a perguntas sobre temperatura em tumores.

Alguns estudos sugerem que os tumores são mais quentes que o tecido normal, mas os dados não são sólidos o suficiente para gerar confiança no assunto. A temperatura também pode ajudar na avaliação de tratamentos contra o câncer.

“Como o sensor de temperatura é pequeno e biocompatível, podemos implantá-lo em um rato e as células cancerígenas podem crescer em torno dele,” disse Luker. “Estamos usando esse sensor de temperatura para investigar as variações de temperatura dentro de um tumor versus tecido normal e se podemos usar mudanças na temperatura para determinar o sucesso ou a falha da terapia.”

Mesmo quando os experimentos de Luker são realizados, Blaauw, Sylvester e Phillips aguardam com expectativa os objetivos que outros encontrarão para seu mais recente dispositivo de microcomputação.

“Quando criamos nosso sistema milimetrado pela primeira vez, na verdade não sabíamos exatamente sua utilidade. Mas uma vez que o publicamos, começamos a receber dezenas, dezenas e dezenas de consultas,” disse Blaauw.

E esse dispositivo, o Michigan Micro Mote, ainda pode se tornar o menor computador do mundo – dependendo do que a comunidade decidir que são os requisitos mínimos de um computador.

Quais os benefícios de um pequeno computador? Aplicações do Michigan Micro Mote:

• Sensor de pressão dentro do olho para diagnóstico de glaucoma
• Estudos de câncer
• Monitoramento de reservatório de óleo
• Monitoramento de processos bioquímicos
• Vigilância: áudio e visual
• Estudos de caracol minúsculos

David Blaauw
Dennis Sylvester
Jamie Phillips
2018 Simpósios sobre Tecnologia e Circuitos VLSI