Создан радиочастотный аналог «улитки» во внутреннем ухе человека // 04 Декабря 2012

Инженеры из МТИ (MIT – Массачусетский технологический институт) создали радиочастотный аналог внутреннего уха человека, который может воспринимать радиосигналы в огромном частотном диапазоне: от 100 МГц до 10 ГГц. Фактически этот аналоговый чип позволяет создать универсальный цифровой радиоприемник, способный принимать сигналы сотовых сетей, GPS-навигации, радиостанций, беспроводных сетей и даже Bluetooth.

Внутреннее ухо человека само по себе является уникальной системой, которая вычисляет амплитудно-частотные характеристики сигнала в широком диапазоне на механическом уровне. В какой-то мере «улитку» можно рассматривать в качестве акустического «суперприемника», содержащего 3500 параллельных каналов. C помощью гидромеханических свойств жидкости, пьезоэлектрического эффекта, высокочувствительных волосковых клеток и обработки сигнала с помощью нейронов человеческое ухо воспринимает звуки сразу во всех диапазонах – от 100 до 10’000 Гц.

Рахул Сарпешкар (Rahul Sarpeshkar), адъюнкт-профессор МТИ с инженерным и биологическим образованием, решил использовать уникальные свойства человеческого уха в радиотехнике и добился огромных успехов. Созданная им микросхема размером 1,5 на 3 мм распознает сигналы во всем воспринимаемом спектре, причем работает гораздо быстрее, чем любые известные алгоритмы спектрального анализа. В новом чипе электромагнитные волны проходят через цепь электронных индуктивных элементов и конденсаторов, как в жидкостной и мембранной части внутреннего уха. Транзисторы в этом чипе выполняют ту же роль детекторов, что и волосковые клетки в человеческом ухе. Потребление энергии при этом составляет в 100 раз меньше, чем при прямой оцифровке всего этого диапазона, поскольку схема оцифровывает сигнал без числового преобразования Фурье, как в традиционных решениях.

Следует заметить, что это не первая работа Сарпешкара, связанная с использованием достижений природы в современных технологиях. Не так давно Сарпешкар разработал аналоговый чип для синтеза речи, опираясь на принципы работы человеческого голосового тракта и уникальные алгоритмы «анализа через синтез» (analysis-by-synthesis). Этот чип уже используется в серийных системах для автоматизированной речевой сигнализации, а также для распознавания человеческой речи в условиях сильного шума.

Сам Сарпешкар считает, что человеку по-прежнему есть чему научиться у природы, поскольку конструкция человеческого организма прошла миллионы лет эволюции, прежде чем превратиться в эффективную систему. Сейчас человечество может черпать в природе огромные интеллектуальные ресурсы, как ранее оно потребляло ее физические ресурсы.

Подробнее об аналоговом чипе, который оцифровывает широкий диапазон сигналов в радиочастотном спектре, можно узнать на сайте лаборатории Сарпешкара, а также в его видеоинтервью сайту Physorg.