ریزرایانه چگونه زندگی انسان را متحول می‌کند
شاید بعضی از فیلم‌های سینمایی علمی-تخیلی دهه ۸۰ میلادی را به خاطر بیاورید که در آن، یک ریزرایانه به بدن انسان برای انجام مأموریتی تزریق می‌شد. اگرچه هنوز به آن مرحله نرسیده‌ایم که یک زیردریایی میکروسکوپی را به بدن خود ارسال کنیم، اما پیشرفت‌های دیگری در زمینه‌ی قرار گرفتن ریزرایانه‌ها در بدن صورت گرفته است؛ به‌طوری‌که پیشرفت‌های مهندسی موفق به ساخت رایانه‌هایی شده است که می‌توانند در داخل بافت‌های زنده‌ی بدن جای‌گذاری شوند.
اکنون، مدت ۲۰ سال از زمانی که کوین وارویک، دانشمند بریتانیایی از جای‌گذاری نخستین فرستنده‌ی سیلیکونی RFID در بازوی خود استفاده کرد، می‌گذرد. درواقع هدف وارویک این بود که با استفاده از این فرستنده، رایانه‌های موجود در درهای ورودی، لامپ‌ها و دیگر ابزارها را کنترل کند. سپس یک مرحله فراتر رفت و دستگاه دیگری را به سیستم عصبی خود متصل کرد تا بتواند یک بازوی روباتیک را کنترل کند. پس از این اختراع، وارویک نام مستعار کاپیتان سایبورگ را برای خود انتخاب کرد.
با وجود آنکه ریزرایانه‌ها هر روز در تیتر اخبار دیده نمی‌شوند، اما باز هم سرعت پیشرفت آن‌ها روند قابل‌قبولی را طی می‌کند و هنوز هم اخبار شگفت‌‌انگیز در خصوص آن‌ها وجود دارد. برای مثال، در اوایل سال ۲۰۱۸، یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه میشیگان به سرپرستی دیوید بلاو، استاد دانشکده‌ی کامپیوتر و برق، با استفاده از یک پردازنده‌ی کم‌مصرف انرژی، موفق به ساخت کوچک‌ترین رایانه‌ی جهان شدند.
اندازه‌ی این دستگاه از هر طرف ۰.۳ میلی‌متر است که تنها یک دهم ابعاد نمونه‌ی قبلی آن است. از آنجا که امکان ساخت حسگرهای دما و فشار برای این ابزارهای جدید وجود دارد، تیم بلاو در نظر دارد که در کنار دیگر کاربردهای ممکن، گریزی به وضعیت تومورها بزند. به این ترتیب که مشخص شود پس از شیمی‌درمانی یا دیگر معالجات، اندازه‌ی تومور چه تغییراتی پیدا می‌کند. این کار با جای‌گذاری ریزرایانه در داخل تومور صورت می‌گیرد.
اگرچه توسعه‌ی میکرورایانه‌ها هیجان‌انگیز است، اما موانعی در میان وجود دارد که از گسترش آن‌ها در بخش بهداشت و سلامت جلوگیری می‌کند. یکی از بزرگ‌ترین مشکلات این دستگاه‌ها، ساختن باتری‌هایی است که بتواند انرژی آن‌ها را به مدت زمان کافی فراهم کند. زیرا همان‌طور که سایز باتری‌ها کاهش پیدا می‌کند، ظرفیت انرژی ذخیره‌شده در آن‌ها به‌طور چشم‌گیری کم‌تر می‌شود. باتریهای مورد نیاز برای ریزرایانه‌ها، به‌طور قابل‌توجهی کوچک‌تر از باتریهای معمولی هستند و به همان نسبت، ظرفیت آن‌ها هزاران مرتبه کم‌تر خواهد بود.
یکی از راه‌حل‌های احتمالی، استفاده از راهکارهایی برای خودشارژشوندگی ریزرایانه‌ها است. به‌عنوان مثال، پرتوهای مادون قرمز می‌توانند حسگرهای تعبیه‌شده در بدن موش‌های آزمایشگاهی را از راه دور شارژ کنند. از طرفی، دانشمندان در حال تحقیق و بررسی روی این موضوع هستند تا انرژی الکتریسیته‌ی لازم برای ریزرایانه‌ها را از طریق برداشت انرژی ترموالکتریک تأمین کنند. با این حال، هنوز در مقیاس کوچک موفق به انجام این کار نشده‌اند.
برای تأمین انرژی به روش ترموالکتریک، لازم است که بین دو بخش از ریزرایانه، اختلاف دما برقرار شود. حال آنکه سطح این نوع رایانه آن‌قدر کوچک است که برقراری اختلاف دما بین دو نقطه از آن کار بسیار سختی خواهد بود. روش‌های دیگری مانند استفاده از مولکول‌های گلوکز برای تأمین انرژی وجود دارد که در حال بررسی هستند.
یک راه‌حل مؤثر برای تأمین انرژی میکرورایانه‌ها توسط باتریهای کوچک، صرفه‌جویی در مصرف انرژی است. بلاو و تیم همراهش به این نتیجه رسیدند که می‌توانند مصرف برق میکرورایانه‌ها را به‌صورت تدریجی کاهش دهند؛ به این ترتیب ریزرایانه‌ها در هنگام انجام محاسبات در حالت فعال قرار دارند و پس از پایان کار خود در حالت خواب قرار می‌گیرند.
این راهکار کمک می‌کند، تا مصرف برق ریزرایانه‌ها کاهش قابل‌توجهی پیدا کند. بلاو و تیم همراهش با بهبود ترانزیستورها، کاهش برخی مدارها و ایجاد برخی از بهینه‌سازهای مدار، توانستند تا مصرف انرژی این دستگاه‌ها را به مقدار بی‌نهایت کوچک ۲۰ پیکووات (معادل سیصد تیریلیونیم وات) برسانند. بااین‌حال، چنانچه انتقال داده‌ها به‌درستی صورت نگیرد، کوچک‌تر کردن و کاهش توان مصرفی ریزرایانه‌ها اهمیت و ارزشی نخواهد داشت. فعال کردن یک آنتن رادیویی می‌تواند در چند میلیاردم ثانیه و بدون هزینه‌ی انرژی بالا، ریزرایانه را به کار بیاندازد. بلاو در توضیحات خود گفته است:
برای اینکه صدای رادیو شنیده شود نیاز به یک صوت بلند است. در واقع کاری که ما کرده‌ایم، استفاده از اصوات بلند به‌صورت لحظه‌ای و کوتاه‌مدت است.
چنانچه دیگر تیم‌های تحقیقاتی بتوانند مانند تیم بلاو بر موانع فناوری غلبه کنند، انقلاب شگرفی در زمینه‌ی تشخیص تومور به وقوع خواهد پیوست. به‌عنوان مثال، شرکت CubeWorks که از دستاوردهای جانبی پروژه‌ی میکروذره‌های میشیگان است، موفق به طراحی سیستمی از میکروسنسورهای شبکه‌ای شده است که قابلیت اتصال به اشیای روزمره را دارد.
در واقع، این میکروسنسورها می‌توانند به ابزارهایی مانند سیستم‌های هوشمند خانگی، مزارع بادی، دستگاه‌های نمایشگر قند خون و دیگر موارد مرتبط با اینترنت اشیا ارتباط برقرار کنند. این رایانه‌ها می‌توانند توسط انرژی خورشیدی اطلاعاتی مانند درجه حرارت، فشار محیط اطراف، تصاویر دیجیتال و مسیر حرکت در یک منطقه را جمع‌آوری کنند. بنابراین، می‌توان انتظار فرا رسیدن روزی را داشت که نحوه‌ی تعامل ما با ساختمانی که در آن زندگی می‌کنیم و لباسی که می‌پوشیم متحول شود.
اگرچه، هنوز قادر به ساخت زیردریایی‌ها در داخل بدن خود نیستیم، اما رایانه‌های میلی‌متری در دهه‌ی آینده وارد بازار خواهند شد و تأثیر عمده‌ای بر جهان خواهند گذاشت.