Viele Signale, ein Chip

Das menschliche Ohr ist ein Wunderwerk effizienter Technik – mit sehr wenig Energie kann es einen erstaunlich breiten Frequenzbereich wahrnehmen. Inspiriert von diesem Können haben die MIT-Ingenieure einen schnellen Ultrabreitband-Funkchip mit geringem Stromverbrauch entwickelt, der in drahtlosen Geräten verwendet werden könnte, die viele verschiedene Arten von Signalen empfangen können.

Bereitschaft Die HF-Cochlea, ein Ultrabreitband-Funkchip mit geringer Leistung, wird an eine Antenne angeschlossen, um eine Vielzahl von Signalen aufzunehmen.

Rahul Sarpeshkar '90, außerordentlicher Professor für Elektrotechnik und Informatik, und sein Doktorand Soumyajit Mandal, SM '04, entwarfen den Chip, um das Innenohr oder die Cochlea nachzuahmen. Der Chip trennt Funksignale schneller in ihre einzelnen Frequenzen als jeder andere von Menschenhand entwickelte Spektrumanalysator und arbeitet mit viel geringerer Leistung. Herkömmliche Funkchips, die dies tun könnten, würden zu viel Strom verbrauchen, um praktisch zu sein.

Diese Geschichte war Teil unserer Juli-Ausgabe 2009

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Die Cochlea begreift schnell das Gesamtbild dessen, was im Klangspektrum vor sich geht, sagt Sarpeshkar. Je mehr ich anfing, auf das Ohr zu schauen, desto mehr wurde mir klar, dass es wie ein Superradio mit 3.500 parallelen Kanälen ist.

Die Forscher beschreiben ihren neuen Chip, den sie Radio Frequency (RF) Cochlea genannt haben, in einem Artikel, der in der Juni-Ausgabe des IEEE Journal of Solid-State Circuits veröffentlicht wurde. Sie haben auch ein Patent für eine universelle Funkarchitektur angemeldet, die die HF-Cochlea verwendet, um ein breites Spektrum von Signalen zu verarbeiten, einschließlich derjenigen, die in den meisten kommerziellen drahtlosen Anwendungen übertragen werden.

In der biologischen Cochlea werden Schallwellen in mechanische Wellen umgewandelt, die sich entlang der Cochlea-Membran und der Flüssigkeit des Innenohrs ausbreiten und Haarzellen aktivieren, die elektrische Signale an das Gehirn senden. In der HF-Cochlea, die auf einem 1,5 mal 3 Millimeter großen Siliziumchip eingebettet ist, laufen elektromagnetische Wellen durch elektronische Induktoren und Kondensatoren, die die biologische Flüssigkeit und Membran imitieren, und elektronische Transistoren spielen die Rolle der Haarzellen. Aber während das menschliche Ohr Frequenzen von 100 bis 10.000 Hertz wahrnehmen kann, reicht der Bereich der HF-Cochlea von 600 Megahertz bis 8 Gigahertz und umfasst Handy-, Internet-, Radio- und Fernsehsignale.

Ausgebildet als Ingenieur, aber auch Student der Biologie, greift Sarpeshkar mit seiner Gruppe im Research Laboratory of Electronics des MIT oft auf die Natur zurück, um sich beim Design elektronischer Geräte inspirieren zu lassen. Er sagt, dass Ingenieure viel lernen können, wenn sie biologische Systeme studieren, die sich über Hunderte von Millionen von Jahren entwickelt haben, um sensorische und motorische Aufgaben in Umgebungen, die von konkurrierenden Signalen verrauscht sind, sehr effizient auszuführen.

Obwohl wir noch einen langen Weg vor uns haben, bis unsere Erfindungen erfolgreich mit denen in der Natur konkurrieren können, sagt Sarpeshkar, können wir die intellektuellen Ressourcen der Natur abbauen, um für den Menschen nützliche Geräte zu entwickeln.

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