Первая в мире электронная вычислительная машина ЭНИАК, созданная в США в 1940-х годах, весила 27 тонн и занимала просторный зал. Со временем ЭВМ стали помещаться в шкафу, затем на столе, потом в портфеле. В 21 веке электроника стала по-настоящему портативной и сегодня в кармане у многих лежит достаточно мощный компьютер. Но и это ещё не предел. То, что вы видите на приведенных здесь снимках, представляет собой самый маленький на сегодняшний день компьютер, размер которого меньше размера рисового зернышка.

Тем не менее, этот компьютер, получивший название Michigan Micro Mote, является полностью функциональной и полностью законченной вычислительной системой, способной действовать, как умный датчик или способный оснастить вычислительными способностями даже самые маленькие предметы повседневного обихода.

Размер компьютера Michigan Micro Mote составляет порядка двух миллиметров, тем не менее, **у него имеется узел ввода, вывода и хранения данных, вычислительное ядро, способное обработать данные, система беспроводной связи, при помощи которой собранные и обработанные данные могут быть переданы куда-нибудь для их дальнейшего использования и аккумулятором, питающимся от миниатюрного солнечного элемента. **.

Именно источник питания и является ключевым элементом, влияющим на габариты ныне существующих портативных приборов.

Рис. 1.

«В качестве источника данных могут выступать фото- и другие миниатюрные датчики. Вычислительное ядро, конечно, не отличается особым быстродействием и возможностями, его задача – только выполнить предварительную обработку информации и обеспечить ее передачу через беспроводные технологии на другие вычислительные системы, обладающие высоким быстродействием и способные производить более сложную обработку» – рассказывает профессор Дэвид Блэов (David Blaauw) из Мичиганского университета, – «Но самое интересное заключается в том, что компьютер Michigan Micro Mote имеет свою собственную солнечную батарею и способен сам себя обеспечить требующейся ему для работы энергией».

«В современных устройствах большую часть места занимает батарея, — говорит один из авторов работы Дэвид Блэов (David Blaauw). — Не трудно сделать маленькие чипы, но по-настоящему сложно добиться от них низкого энергопотребления. Поэтому электронная начинка может быть миниатюрной, а вот от большого аккумулятора мы пока не ушли».

Рис. 2.

Основой компьютера Michigan Micro Mote является разработанный еще в 2008 году процессор Phoenix, размер которого составляет 915 на 915 микрометров. Этот процессор имеет сверхнизкое рабочее напряжение, благодаря чему он требует для своей работы всего 500 пикоВатт энергии (одна живая клетка человеческого организма расходует порядка 1 пикоВатта энергии). А в режиме ожидания вся система расходует всего 2 нА тока, что в миллионы раз меньше количества энергии, потребляемого современными смартфонами.

Всю необходимую компьютеру Michigan Micro Mote для работы энергию поставляет крошечная солнечная батарея, площадью в 1 квадратный миллиметр. Эта батарея способна вырабатывать 20 наноВатт энергии даже в условиях рассеянного искусственного освещения внутри замкнутых помещений.

А излишки энергии, которые используются для обеспечения работы системы беспроводной связи, сохраняются в крошечной аккумуляторной батарее.

Рис. 3. Процессор компьютера размером 915 микрометров.

Представленная модель может выполнять функцию миниатюрного сенсорного датчика, который, в зависимости от исполнения, способен реагировать на движение, изменение температуры или давления. Он имеет многослойную структуру, в которой слои обмениваются информацией через универсальный протокол под названием mBus. Входящий сигнал, полученный датчиком, обрабатывается процессором и с помощью радиоволн передаётся другим сенсорам или головному устройству.

В настоящее время созданы три типа компьютеров Michigan Micro Mote, сходящие в состав серии M3, в каждом из которых установлен различный набор определенных датчиков, температуры, давления, света и даже блоки формирования изображений.

Средства беспроводной связи и их энергопотребление является главным камнем преткновения для развития данной системы. Существующие прототипы могут обмениваться данными на расстоянии до двух метров. Чтобы передавать сигнал дальше, понадобится более мощный и большой фотоэлемент. Но зону покрытия можно существенно расширить, если объединить близкорасположенные датчики в единую сеть.

Такие приборы уже сегодня могут стать основой новых систем безопасности. Кроме того автономные микродатчики, наверняка, заинтересуют специалистов в области экологического мониторинга, медицины и систем автоматизации производства.

«Мы обнаружили, что многие люди заинтересовались этими устройствами, и именно поэтому мы сделали их модульными с возможностью замены отдельных компонентов, — объясняет Блаау. — Это ключевой аспект нашего дизайна. Если вам нужны другие функции, можно просто поменять датчик».

«В будущем мы собираемся сделать так, чтобы датчики могли обмениваться информацией друг с другом» – рассказывает профессор Блэов, – «Для реализации этой идеи мы стараемся увеличить дальность действия системы беспроводной связи минимум до 20 метров. И как только мы сделаем это, у людей появится возможность контролировать, к примеру, сразу весь дом, офис или производственное помещение, установив в потайных местах почти невидимые компьютеры-датчики».