Computer-Winzling als Augenimplantat

24. Februar 2011, 15:54
Millimetergroßes System überwacht viertelstündlich Augendruck beim grünen Star - Energieversorgung mittels Solarzelle und Akku

Ann Arbor - US-Forscher haben einen Computer entwickelt, der kaum größer ist als eine Bleistiftspitze. "Es ist das erste, echte millimeterskalige Computersystem", meint Dennis Sylvester, Professor für Elektrotechnik und Informatik an der University of Michigan (UMich). Der aktuelle Prototyp ist dazu gedacht, den Augendruck bei Patienten mit grünem Star zu überwachen. Doch gehen die Forscher davon aus, dass derart winzige Systeme in Zukunft beispielsweise in Form von Sensornetzwerken allgegenwärtig sein werden.

Alles auf einem Kubikmillimeter

Der Computer-Winzling ist nur etwas mehr als einen Kubikmillimeter groß. Das System nutzt die dritte Generation des an der UMich entwickelten, extrem energieeffizienten Prozessors Phoenix. Dieser ist auf engstem Raum mit einem Drucksensor, einem Speicherelement, einer Solarzelle und einem damit verbundenen Dünnschicht-Akku sowie einem Funkmodul für die Datenübertragung an ein externes Lesegerät vereint. Das Gesamtpaket als weitgehend autonomer Sensor für das Auge gedacht.

Das System nutzt einen extrem stromsparenden Ruhemodus. Viertelstündlich erwacht der winzige Computer, um eine Druckmessung vorzunehmen und verbraucht dabei im Schnitt nur 5,3 Nanowatt. Um die Energieversorgung mittels Solarzelle und Akku zu gewährleisten, reichen 1,5 Stunden Sonnenlicht oder zehn Stunden Innenraumbeleuchtung. Das System kann die Daten einer ganzen Woche speichern, bevor diese mit einem nah ans Auge gehaltenen Gerät ausgelesen werden müssen.

Bessere Funkmodule

Eine Einschränkung des winzigen Computers ist, dass sein Funkmodul zwar mit dem passenden Lesegerät, aber nicht mit anderen gleichartigen Systemen kommunizieren kann. Das wäre notwendig, um mittels millimetergroßer Computer intelligente drahtlose Snesornetzwerke zu errichten. Forscher an der UMich arbeiten daher auch an einem breiter nutzbaren, kompakten Funkmodul.

Dem Team um den Elektrotechnik-Professor David Wentzloff ist es gelungen, auf einen Oszillatorkristall als Zeit- und Frequenzreferenz zu verzichten. So haben sie ein Funk- und Antennenmodul geschaffen, das weniger als einen Kubikmillimeter groß ist. "Unser Chip erfordert kein externes Tuning. Wenn man ein Netzwerk mit diesen Modulen umsetzt, werden sie sich automatisch auf die gleiche Frequenz einstellen", betont Wentzloff. Sein Team arbeitet nun daran, den Strombedarf zu senken, damit millimeterskalige Akkus zur Energieversorgung genügen. (pte)

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