راه پرداخت
راه پرداخت؛ رسانه فناوری‌های مالی ایران

ارزان مثل تراشه / چگونه یک ریزتراشه ساده و دم دستی بسازیم؟

هر پروژه تحقیقاتی به یک نام برازنده، گیرا و جالب توجه نیاز دارد و چه نامی بهتر از «زیر بغل پلاستیکی»؟ هدف این است که یک تراشه با یک بینی الکترونیکی بسازیم که بتواند از بوها و مواد شیمیایی موجود در آن‌ها نمونه‌گیری کند. آرم یک شرکت بریتانیایی طراحی تراشه است و جیمز میرز از مهندسان ارشد این شرکت به شمار می‌رود. او معتقد است که چنین تراشه‌ای بسیار سودمند است و قابلیت استفاده در انواع کالاهای مصرفی را دارد. ایده نام پروژه مذکور، از این جا آمده که کارشناسان در ابتدا تصمیم داشتند چنین تراشه‌ای را در لباس‌ها جاسازی کنند تا در مواقع لزوم، به اشخاص فراموشکار یادآوری کند که چه زمانی باید حمام کنند.

جدای از شوخی، این پروژه یک اقدام ریسک‌پذیر مشارکتی است که با همکاری آرم، دانشگاه منچستر، یک شرکت تولیدکننده لوازم الکترونیکی انعطاف‌پذیر به نام پراگماتیک و یک غول بریتانیایی هلندی تولیدکننده محصولات مصرفی به نام یونیلیور انجام گرفته است.

گارتنر برآورد کرده که طی سال گذشته، ۲۵۹ میلیون کامپیوتر شخصی به فروش رسیده است. یک موسسه نظرسنجی به نام پیو، اعلام کرده که تعداد تلفن‌های هوشمند موجود در جهان به ۲.۵ میلیارد عدد می‌رسد. کمپانی آرم بر بازار طراحی انواع ریزتراشه‌های با توان کم که در گوشی‌های تلفن همراه و تلویزیون‌ها به کار گرفته می‌شوند، تسلط دارد. کمپانی مذکور فرض را بر این گذاشته که تا سال ۲۰۳۵ میلادی، تعداد کامپیوترهای جهان به یک تریلیون عدد خواهد رسید و بر مبنای همین فرض، کسب‌وکارش را سازماندهی می‌کند.

هدف پروژه زیربغل پلاستیکی، طراحی انواع تراشه‌هایی است که جوابگوی تقاضای دنیایی با یک تریلیون کامپیوتر باشد. آرم درصدد آن است که با قیمت تمام شده ۰.۰۱ دلار به ازای هر واحد، کامپیوترهایی قدرتمند و انعطاف‌پذیر را به شکل انبوه تولید کند و در آن‌ها از حسگر استفاده کند تا قابلیت برقراری ارتباط با دنیای خارج را داشته باشند. یک نسخه آزمایشی از این نوع کامپیوتر در دفتر مرکزی آرم در کمبریج به نمایش درآمده است. ظاهر آن شبیه نوارچسبی است که کمی از حد معمول سفت‌تر است و با نقوش دورانی آراسته شده است.

آقای میرز مشتاق است که در مورد برنامه‌های کاربردی مرتبط با بهداشت شخصی سخن بگوید. او اشاره می‌کند که چنین حسگری را می‌توان به صورت جاساز داخل بسته‌های غذایی قرار داد؛ در این صورت، حسگر به صورت دقیق زمان فاسد شدن محتویات مواد غذایی را تعیین می‌کند و نیازی نیست که از روی تاریخ مصرف چاپ شده بر بسته‌ها، نسبت به خرید و استفاده از آن‌ها اقدام کنیم. این اقدام به نوبه خود می‌تواند در کاهش ضایعات سوپرمارکت‌ها و خرده‌فروشان موثر باشد.

تراشه مورد استفاده در زیربغل پلاستیکی از نوع ارزان و ساده است. گیت‌های منطقی، که پایه‌های پردازش اطلاعات آن به شمار می‌روند، مواد ساده‌ای هستند که اندازه آن‌ها برابر است با استانداردهای دهه ۱۹۷۰ میلادی. تنها هزار عدد از این گیت‌های منطقی در تراشه مذکور به کار گرفته شده است.

حسگرهای تراشه نیز بسیار ساده هستند و هر کدام در کلاس معینی از بوهای شیمیایی تنظیم شده‌اند. این حسگرها سیگنال‌هایی سردستی و نه چندان دقیق را تولید می‌کنند. اکثر دانشمندان کامپیوتری معتقد هستند که هوشمندی نوین یادگیری ماشین می‌تواند کمبودهای حسگرها را جبران کند؛ ولی چگونه می‌توان در یک تراشه ساده چنین کاری را انجام داد؟

پیاده‌سازی یک الگوریتم یادگیری ماشین در چنین دستگاه محدودی مستلزم آن بود که همه‌ چیز را تا حد امکان کوچک کنیم. تراشه از یک شکل ساده از یادگیری ماشین به نام «دسته‌بندی‌کننده بیز ساده» بهره می‌برد. قابلیت انعطاف‌پذیری در استفاده نیز قربانی شد: به منظور آن که تراشه‌ها تا حد امکان ارزان و ساده باقی بمانند، الگوریتم باید به صورت مستقیم در پلاستیک نوشته می‌شد؛ بدین ترتیب امکان برنامه‌نویسی دوباره از تراشه‌ها گرفته شد.

تراشه‌ای که برای شناسایی بوهای ساطع شده از توت فرنگی‌ها ساخته شده، نمی‌تواند در تشخیص بوی مرغ به کار گرفته شود. آقای میرز می‌گوید: «اگر بخواهید کار جدیدی انجام دهید، باید مدار جدیدی را طراحی کنید.»

طراحی تراشه گران است و طراح تراشه نیز به همین راحتی‌ها پیدا نمی‌شود؛ به همین دلیل، او و تیمش تصمیم گرفتند برای ساده‌تر کردن فرایند، روی ابزارهای نرم‌افزاری تحقیق کنند. ایده این است که یک الگوریتم جدید را در پایتون، که از پرکاربردترین زبان‌های برنامه‌نویسی به شمار می‌رود، تعریف کنند و سپس از طریق نرم‌افزار آن را به یک نمودار مدار تبدیل کرده و در دستگاه‌های تولید تراشه پراگماتیک به کار بگیرند.

رویکرد مذکور توجه بلندپروازانه‌ترین ساز و کار تحقیقاتی پنتاگون، یعتی دارپا را به سمت خود جلب کرده است. این آژانس پژوهشی قصد دارد به عنوان بخشی از برنامه ۱.۵ میلیارد دلاری الکترونیکس ریسرجنس اینشیتیو، تراشه‌هایی را به شکلی ساده و سریع طراحی کند.

در مدل نمایشی کنونی زیربغل پلاستیکی از باتری استفاده می‌شود. یک منبع نیروی قابل اطمینان، بدین معناست که تراشه می‌تواند به صورت مداوم بر اطراف خود نظارت داشته باشد. آقای مایرز می‌گوید:

در آینده، برای کاربردهایی که تنها به صورت دوره‌ای به نظارت نیاز دارند، این امکان وجود دارد که باتری حذف شود.

تراشه مذکور آنتنی دارد که در زیرلایه پلاستیکی جاگذاری شده و قابلیت برقراری ارتباط با دنیای خارج را فراهم می‌کند. هدف آن است که گوشی‌های تلفن هوشمند یا دستگاه‌های خوانش بی‌سیم در نزدیکی تراشه قرار داده شوند. در این صورت، دستگاه‌ خوانش امواج رادیویی مورد استفاده برای انتقال داده را ساطع می‌کند. دستگاه مذکور همچنین می‌تواند با القای جریان الکتریکی به تراشه، آن را به حیات وادارد. جالب است بدانید که کارت‌های اعتباری غیرتماسی نیز به شیوه مشابهی کار می‌کنند.

.

نگاه کنید، بدون باتری کار می‌کند

برخی از تراشه‌ها قابلیت آن را دارند که انرژی‌های معمول محیط، مانند نور خورشید، حرارت و ارتعاش را به خودشان جذب و ذخیره کنند. سیلیکون لبز، یک سازنده تراشه آمریکایی است که بر اینترنت اشیا تمرکز دارد. مت جانسون، رئیس این موسسه عنوان می‌کند: «این نوع از جمع‌آوری انرژی، در حال حاضر بیشتر به عنوان یک قابلیت اضافی در کنار باتری کاربرد دارد تا جایگزینی کامل آن.»

محدودیت اصلی، انتقال داده است که بیش از پردازش داده انرژی لازم دارد. وی افزود: «ولی با آمدن هر نسل جدید، شرایط بهتر می‌شود.» به زودی بین روش‌های مصرف و جذب انرژی توازن ایجاد خواهد شد.

سمیکو انجینیرینگ که در حوزه تحقیقات بازار فعالیت می‌کند، در سال ۲۰۱۸ گزارشی را منتشر کرد. طبق این گزارش، تا سال ۲۰۲۲ میلادی، بازار دستگاه‌های جاذب انرژی به ارزشی برابر با ۳.۴ میلیارد دلار خواهد رسید.

آقای جانسون اعلام می‌کند:

تراشه‌های خود شارژ شونده، در موقعیت‌هایی که تعویض باتری دشوار و طاقت‌فرسا است، بسیار به کار می‌آیند. دستگاه‌های نظارتی موجود در سازه‌هایی مانند پل و تونل، نمونه‌هایی از ماشین‌هایی هستند که به سختی می‌توان نسبت به تعویض باتری آن‌ها اقدام کرد.

دلایل دیگری نیز برای ابداع تراشه‌های بدون باتری وجود دارد. موسسه آرم برآورد می‌کند که تا سال ۲۰۳۵ میلادی، تعداد تراشه‌ها به یک تریلیون عدد خواهد رسید. برای تولید باتری‌هایی با کارایی بالا، فلز لیتیوم یکی از اجزای حیاتی محسوب می‌شود. اگر بخواهیم برای برقراری جریان الکتریکی در هر کدام از این یک تریلیون تراشه‌، تنها از یک باتری دکمه‌ای، مشابه آن‌چه در ساعت‌ها به کار برده می‌شود، استفاده کنیم؛ به مقدار زیادی از این فلز نیاز خواهیم داشت. طبق تخمین شرکت آرم، لیتیوم مورد نیاز برای تولید این حجم از باتری، از کل لیتیوم تولیدی جهان در سال، سه برابر بیشتر است. پاول ویلیامسون، از موسسه آرم، عنوان می‌کند: «کافی است به عدد یک تریلیون فکر کنید تا متوجه شوید که تا چه اندازه بزرگ است.»

منبع: اکونومیست

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.