دستاورد محققان چینی: ساخت تراشه کامپیوتری روی فیبر نازک‌تر از موی انسان [تماشا کنید]

گروهی از پژوهشگران دانشگاه فودان شانگهای یک مدار مجتمع فیبری (FIC) ساخته‌اند که داخل فیبری نازک‌تر از موی انسان قرار می‌گیرد و مانند رایانه معمولی اطلاعات را پردازش می‌کند. این مدار مجتمع فیبری انعطاف‌پذیری بالایی دارد و می‌تواند در برابر ۱۵٫۶ تن نیرو مقاومت کند.

به‌گفته پژوهشگران، مدار مجتمع فیبری می‌تواند محدودیت‌های رایج در الکترونیک انعطاف‌پذیر را کاهش دهد. بسیاری از دستگاه‌های پوشیدنی امروزی هنوز از تراشه‌های سخت مبتنی‌بر ویفر سیلیکونی استفاده می‌کنند و همین موضوع کاربرد و راحتی آن‌ها را محدود نگه می‌دارد. تیم دانشگاه فودان می‌گوید مدار مجتمع فیبری با چگالی بی‌سابقه ریزتراشه‌ها و توان پردازش چندحالته، آخرین بخش‌های سخت و غیرمنعطف مدار را حذف می‌کند.

پردازنده مینیاتوری؛ قدرت پنتیوم با ضخامت یک تار مو

طبق گزارش‌ها، ساختار این مدار مجتمع به رول سوشی شباهت دارد. پژوهشگران لایه‌های نازک مدارهای الکترونیکی را روی زیرلایه‌های انعطاف‌پذیر می‌سازند و سپس آن‌ها را به‌شکل مارپیچی چندلایه درمی‌آورند. نتیجه این فرایند فیبری با معماری مارپیچ چندلایه است که قطری حدود ۵۰ میکرومتر دارد و از موی انسان نازک‌تر است.

بر‌اساس مقاله محققان، چگالی ادغام مدار در نمونه‌های فعلی به ۱۰۰ هزار ترانزیستور در هر سانتی‌متر می‌رسد که معادل ۱۰ میلیون ترانزیستور در هر متر است. این سطح از چگالی برای پردازش سیگنال دیجیتال و آنالوگ داخل خود فیبر کافی ارزیابی شده و به‌گفته تیم دانشگاه فودان توان محاسبات عصبی با دقت تشخیص بالا را هم فراهم می‌کند.

وبلاگ دانشگاه فودان ادعا می‌کند یک فیبر یک متری می‌تواند میلیون‌ها ترانزیستور در خود جای دهد و به سطح توان پردازشی یک رایانه رومیزی معمولی برسد. در مقایسه، چنین تراکمی بیشتر به پردازنده‌های قدیمی مانند اینتل پنتیوم III و AMD K6-2 در اواخر دهه ۱۹۹۰ میلادی نزدیک است که هرکدام کمی کمتر از ۱۰ میلیون ترانزیستور داشتند.

پژوهشگران چینی نتایج آزمون‌های دوام مدار مجتمع فیبری را هم منتشر کرده‌اند. مقاله منتشرشده در ژورنال Nature توضیح می‌دهد این فیبرها در برابر شرایط سخت مقاومت نشان می‌دهند. نمونه‌های آزمایشی خمیدگی و سایش در ۱۰ هزار چرخه، کشش تا ۳۰ درصد، پیچش با زاویه ۱۸۰ درجه در هر سانتی‌متر و حتی عبور کامیونی با وزن ۱۵٫۶ تن را تحمل کرده‌اند.

تیم دانشگاه فودان اعلام کرده برای تولید انبوه مدار مجتمع فیبری راه‌حل عملی پیدا کرده است. این موضوع برای کاربردهای صنعتی اهمیت زیادی دارد، زیرا بسیاری از فناوری‌های آزمایشگاهی به‌دلیل نبود روش تولید انبوه هرگز وارد بازار نمی‌شوند. پژوهشگران می‌گویند این FIC به‌دلیل نازکی و انعطاف‌پذیری بالا، برای رابط‌های مغز و رایانه مناسب خواهد بود و انعطاف آن را هم‌اندازه با بافت مغز توصیف می‌کنند.

از دیگر کاربردهای پیشنهادی برای این فناوری می‌توان به دستکش‌های واقعیت مجازی و پارچه‌های هوشمند اشاره کرد. پژوهشگران پیش‌بینی می‌کنند دستکش‌های مبتنی بر مدار مجتمع فیبری به‌قدری طبیعی خواهند بود که از نظر ظاهر و حس لمس، تفاوتی با پارچه معمولی نخواهند داشت و هم‌زمان داده‌های حرکتی و حسی را با دقت بالا ثبت می‌کنند. این قابلیت می‌تواند نسل جدیدی از پوشیدنی‌ها و منسوجات هوشمند را شکل دهد که رایانه را مستقیماً در تار و پود لباس جای می‌دهد.

مدار مجتمع فیبری درصورت تجاری‌سازی می‌تواند مسیر تازه‌ای برای ادغام این نوع پردازش در محیط‌های روزمره ایجاد کند. فیبرهای پردازشی با این چگالی از ترانزیستورها، امکان ساخت لباس‌های پزشکی پایشی، رابط‌های عصبی غیرتهاجمی و تجهیزات واقعیت مجازی سبک‌تر و راحت‌تر را فراهم می‌کنند.