Har du sett Inner Space, en sci-fi-komedi från 80-talet om en mikroskopisk bemannad kapsel injicerad i en människa? Trots att vi fortfarande är långt ifrån att skapa ubåtar som flyter i människokroppen, tillåter tekniska framsteg oss att skapa datorer så små att deras introduktion i levande vävnader inte längre verkar vara ett föreställning till fantasin för science fiction-författare.
Det har verkligen gått 20 år sedan den engelska forskaren Kevin Warwick först implanterade en kisel-RFID-sändare i armen för att fjärrkontrollera datorer i dörrar, lampor och andra enheter. Han tog sedan ett steg längre, kopplade enheten till sitt eget nervsystem för att kontrollera en robotarm och fick smeknamnet "Kapten Cyborg."
Även om historier av detta slag inte dyker upp varje dag, har utvecklingen av mikrodatortekniken inte saktat alls. Innehållet i några av de nya utvecklingen är överraskande.
De minsta datorerna
Tidigare i år använde ett team vid University of Michigan under ledning av professor i elektroteknik och datateknik David Blaau en energieffektiv processor tillverkad av Arm för att skapa världens minsta dator.
En enhet med en fasett på bara 0,3 millimeter är tio gånger mindre än den tidigare skivhållaren, en solenergidator på storleken på ett saltkorn. Eftersom temperatur- och trycksensorer kan inbäddas i den nya enheten, föreslår Blaaus team att bland annat en dator kan implanteras i tumörer för att avgöra om de krymper efter kemoterapi eller inte. (Forskning visar att tumörer kan ha en högre temperatur än frisk vävnad.)
Även om utvecklingen av små datorer är imponerande, finns det hinder som förhindrar deras omfattande antagande inom sjukvården och andra sektorer. En av de största utmaningarna är att montera batterier som är tillräckligt små för att driva enheter. När storleken på batterierna krymper, minskar också den mängd energi de lagrar. Batterierna som behövs för små datorer är betydligt mindre än de vanliga små batterierna som används för att driva andra enheter, till exempel pacemaker och cochleaimplantat, och Blaau sa att de kunde ha en kapacitet tusen gånger mindre.
Kampanjvideo:
En möjlig lösning är att hitta sätt att ladda enheter ofta. Till exempel strålar med infrarött ljus kan fjärr ladda sensorer implanterade i laboratoriemöss. Forskare undersöker också hur man skapar elektricitet för små datorer med en teknik som kallas termoelektrisk energiskörning, men har ännu inte lyckats i så liten skala. För att denna senare metod ska fungera måste det finnas en temperaturskillnad mellan enhetens två ytor, men de nya små datorerna är så små att det är svårt att göra en del mycket varmare än den andra. Andra metoder som fortfarande forskas inkluderar användning av glukosmolekyler som energikälla.
En effektiv lösning skulle vara att helt enkelt spara en liten mängd ström som kan lagras i ett litet batteri. Blaau och hans team har funnit att de drastiskt kan minska energiförbrukningen genom att bara väcka datorer ibland för att utföra beräkningar och sedan lägga dem tillbaka i vila.
Förutom att maximera tiden som små datorer sover, kan ingenjörer minska strömförbrukningen genom att minska mängden el som datorer förbrukar medan de är vakna. Blaau och hans team kunde minska datorns strömförbrukning till en oändlig 30 pikowatt - 300 biljoner watt - genom att modifiera de använda transistorerna, minska några chips och optimera några av dem.
Om ingenjörer kan övervinna tekniska hinder kan små datorer lova oss en revolution. Till exempel har CubeWorks, ett Michigan Micro Mote (M3) -företag, utvecklat ett nätverkat mikrosensorsystem som kan inbäddas i objekt som vi använder varje dag, till exempel smarta hemsystem, vindkraftsparker och glukosövervakningsenheter, och sedan anslut till "tingenes internet". Drivs av solen kan dessa datorer samla in information om temperaturen och trycket i miljön, samt få digitala bilder och spåra rörelser inom ett specifikt område. System som dessa kan en dag förändra vår interaktion med allt från byggnaderna vi bor i till kläderna vi bär.
Ja, vi kan ännu inte lansera ubåtar i våra kroppar, men millimeterdatorer kommer att träffa marknaden under det kommande decenniet. Och de hotar att förändra vår värld utan erkännande.
Ilya Khel
