De nombreux signaux, une puce

L'oreille humaine est une merveille d'ingénierie efficace : en utilisant très peu d'énergie, elle peut détecter une gamme étonnamment large de fréquences. Inspirés par cette prouesse, les ingénieurs du MIT ont construit une puce radio rapide, à très large bande et à faible consommation qui pourrait être utilisée dans des appareils sans fil capables de recevoir de nombreux types de signaux différents.

À vos côtés La cochlée RF, une puce radio ultra-large bande de faible puissance, se fixe à une antenne pour capter une large gamme de signaux.

Rahul Sarpeshkar '90, professeur agrégé de génie électrique et d'informatique, et son étudiant diplômé Soumyajit Mandal, SM '04, ont conçu la puce pour imiter l'oreille interne, ou cochlée. La puce sépare les signaux radio en leurs fréquences individuelles plus rapidement que tout autre analyseur de spectre conçu par l'homme et fonctionne à une puissance beaucoup plus faible. Les puces radio traditionnelles qui pourraient faire cela consommeraient trop d'énergie pour être pratiques.

Cette histoire faisait partie de notre numéro de juillet 2009

• Voir le reste du numéro
• S'abonner

La cochlée obtient rapidement une vue d'ensemble de ce qui se passe dans le spectre sonore, explique Sarpeshkar. Plus je commençais à regarder l'oreille, plus je réalisais que c'était comme une super radio avec 3 500 canaux parallèles.

Les chercheurs décrivent leur nouvelle puce, qu'ils ont surnommée la cochlée à radiofréquence (RF), dans un article publié dans le numéro de juin du IEEE Journal of Solid-State Circuits. Ils ont également déposé un brevet pour une architecture radio universelle qui utilise la cochlée RF pour traiter un large spectre de signaux, y compris ceux transmis dans la plupart des applications sans fil commerciales.

Dans la cochlée biologique, les ondes sonores sont converties en ondes mécaniques qui se déplacent le long de la membrane cochléaire et du liquide de l'oreille interne, activant les cellules ciliées, qui envoient des signaux électriques au cerveau. Dans la cochlée RF, qui est intégrée à une puce de silicium mesurant 1,5 sur 3 millimètres, les ondes électromagnétiques traversent des inducteurs et des condensateurs électroniques qui imitent le fluide biologique et la membrane, et les transistors électroniques jouent le rôle des cellules ciliées. Mais alors que l'oreille humaine peut percevoir des fréquences de 100 à 10 000 hertz, la gamme de la cochlée RF s'étend de 600 mégahertz à 8 gigahertz, englobant les signaux des téléphones portables, Internet, radio et télévision.

Ingénieur de formation mais aussi étudiant en biologie, Sarpeshkar, avec son groupe du Laboratoire de recherche en électronique du MIT, s'inspire souvent du monde naturel pour concevoir des appareils électroniques. Il dit que les ingénieurs peuvent apprendre beaucoup de l'étude des systèmes biologiques qui ont évolué sur des centaines de millions d'années pour effectuer des tâches sensorielles et motrices très efficacement dans des environnements bruyants avec des signaux concurrents.

Bien que nous ayons un long chemin à parcourir avant que nos inventions ne rivalisent avec succès avec celles de la nature, dit Sarpeshkar, nous pouvons exploiter les ressources intellectuelles de la nature pour créer des dispositifs utiles aux humains.

cacher