22 Â

WIAT

N

AUKI

Marzec 1998

Nowe mo˝liwoÊci

Domieszkowanie w´glem

mo˝e znacznie poprawiç

szybkoÊç krzemowych uk∏adów

P

rzez ca∏e dziesi´ciolecia wytwór-
cy uk∏adów scalonych stosowali
prosty sposób zwi´kszania ich

szybkoÊci: zmniejszali wymiary tranzy-
storów, dzi´ki czemu elektrony mia∏y
coraz mniejsze odleg∏oÊci do pokona-
nia, a tym samym wzrasta∏a szybkoÊç
obliczeƒ. RównoczeÊnie jednak coraz

bardziej znaczàce stawa∏y si´ takie pro-
blemy jak up∏ywnoÊç.

Poszukujàc nowych metod, naukowcy

eksperymentujà z ró˝nymi materia∏ami.
Ostatnim odkryciem jest wprowadzanie
do stopu krzemu i germanu domieszki
w´gla. Metod´ zastosowano ju˝ w kilku
oÊrodkach badawczych, m.in. w Prince-
ton University, niemieckim Institut für
Halbleiterphysik oraz University of Texas
w Austin, i uzyskano uk∏ady scalone
o znacznej liczbie tranzystorów. Techno-
logia ta mo˝e pozwoliç na ponadtysiàc-
krotne zwi´kszenie szybkoÊci dzia∏ania
uk∏adów wytwarzanych na bazie krze-
mu, czyli na ich prac´ w zakresie giga-
herców. „Wbrew przys∏owiu próbujemy

PÓ¸PRZEWODNIKI

P

rzed dwoma laty wzbudzi∏y
zainteresowanie doÊwiadcze-

nia tokijskich badaczy pokazujà-
ce, jak za pomocà implantów
mo˝na kierowaç ruchami kara-
czana – chocia˝by po to, aby ta-
kie „roboty” wykorzystaç do se-
kretnego nadzoru lub przeszu-
kiwania ruin. Obecnie pewien
in˝ynier rozwiàza∏ zagadnienie
odwrotne, a mianowicie zbudo-
wa∏ sterowany przez karaczana
pojazd.

Jimmy (Hajime) Or w ramach

swojej pracy magisterskiej na
Uniwersytecie Tokijskim opraco-
wa∏ w zesz∏ym roku konstrukcj´,
którà nazwa∏ „robotem biome-
chatronicznym”. Po unierucho-
mieniu taÊmà przybyszki ame-
rykaƒskiej (na dole z lewej) wpià∏
w mi´Ênie prostowniki jej tyl-
nych odnó˝y cieniutkie srebrne
druciki. Nast´pnie pozwoli∏ owa-
dowi biegaç na czymÊ w rodza-
ju trackballu (na dole z prawej). S∏abe sygna∏y elektryczne wytwarzane przez mi´Ênie
owada za poÊrednictwem drucików dociera∏y do wzmacniacza i sterowa∏y silnikami na-
p´dzajàcymi ko∏a pojazdu. W ten sposób ca∏a konstrukcja porusza∏a si´ w kierunku
i z pr´dkoÊcià biegu karaczana.

Do czego jednak mo˝e s∏u˝yç robot, który stara si´ wpe∏znàç w jakàÊ szczelin´, kie-

dy w Êrodku nocy zapalimy w kuchni Êwiat∏o? Tak naprawd´ celem eksperymentu by∏o
zbadanie, czy uk∏ad nerwowy ˝ywej istoty mo˝na wykorzystaç jako mechanizm sterujà-
cy. SpecjaliÊci od robotyki – szczególnie ci, którzy zajmujà si´ uk∏adami naÊladujàcymi
stawonogi – majà problem z po∏àczeniem i skoordynowaniem wszystkich danych nie-
zb´dnych do zgodnego ruchu nóg. „Dà˝ymy do skonstruowania robota, który porusza∏by
si´ tak zwinnie i szybko jak owady” – wyjaÊnia Fred Delcomyn, biolog z University
of Illinois pracujàcy nad szeÊciono˝nymi robotami.

Za wczeÊnie, aby stwierdziç, czy podejÊcie, które zaproponowa∏ Or, jest w∏aÊciwe. On

sam jest przekonany, ˝e uk∏adem nerwowym i zwiàzanymi z nim narzàdami zmys∏ów
owadów uda∏oby si´ zastàpiç skomplikowane komputery sterujàce u˝ywane w wyprawach
kosmicznych i by∏oby to rozwiàzanie o wiele taƒsze. Or zamierza rozpoczàç studia dok-
toranckie w Stanach Zjednoczonych i udoskonaliç prowadzonego przez karaczana robo-
ta. Jaki b´dzie nast´pny krok? „Chcia∏bym dopasowaç rozmiary pojazdu do rozmiarów
jego «kierowcy».”

Philip Yam

HAJIME OR

ROBOTYKA

Zmotoryzowane karaczany

R E K L A M A

K

iedy w latach szeÊçdziesiàtych
wymyÊlono cyborgi, od razu
trafi∏y one do literatury fanta-

stycznonaukowej. W serialu Star Trek
na przyk∏ad wyst´powa∏a niewidoma
bohaterka, która „widzia∏a” dzi´ki sen-
sorom wszytym w ubranie. Trzydnio-
wa prezentacja komputerów do nosze-
nia (wearable computers), która odby∏a
si´ w paêdzierniku ub. r. w Massachu-
setts Institute of Technology, wykaza-
∏a, ˝e tego typu urzàdzenia mogà si´ po-
jawiç ju˝ w niedalekiej przysz∏oÊci.

Zademonstrowano m.in. bi˝uteri´,

która b∏yska∏a w rytm uderzeƒ serca no-
szàcej jà osoby, marynark´-syntezator
muzyczny z klawiaturà umieszczonà
na piersi i cyfrowà wersj´ „pierÊcienia
nastroju”. Rosalind W. Picard, zajmujà-
ca si´ „informatykà uczuç”, do kolczy-
ków i ekologicznych sanda∏ów firmy
Birkenstock wmontowa∏a czujniki, in-
formujàce otoczenie o stanie emocjonal-
nym ich w∏aÊciciela. Konferencja oka-
za∏a si´ s∏u˝yç nie tylko rozrywce –
w prawie wszystkich prezentacjach
przyk∏adano wag´ do innych ni˝ zaba-
wa zastosowaƒ. Komputery, które mo˝-
na na siebie w∏o˝yç, majà rozwiàzaç
dwa problemy. Pierwszy to znalezienie

takich sposobów po∏àczenia cz∏owieka
z maszynà, aby zwi´ksza∏a ona jego
mo˝liwoÊci. Jeden z zespo∏ów badaw-
czych MIT u˝ywa zamontowa-
nej na czapce kamery wideo do
filmowania j´zyka migowego
przetwarzanego nast´pnie na
mow´ przez syntezator dêwi´-
ku. Drugi problem, bardziej
powszechny, to po prostu iry-
tujàcy brak komputera wte-
dy, gdy jest on najbardziej po-
trzebny. (Komputery kieszon-
kowe, takie jak np. „osobisty
asystent”, majà za ma∏à moc
obliczeniowà.) Tym w∏aÊnie
mo˝na wyt∏umaczyç, ˝e Thad
Starner, student MIT i organi-
zator konferencji w jednej oso-
bie, krà˝y po uczelni z lapto-
pem u boku, wyÊwietlaczem
na g∏owie i grubym okràg∏ym
kawa∏kiem plastiku na piersi –
klawiaturà, na której mo˝e pi-
saç jednà r´kà. „Chc´ mieç po
prostu wydajniejszy mózg” –
t∏umaczy.

JeÊli si´ weêmie pod uwag´,

jak ma∏o por´czny jest sprz´t
Starnera, nie mo˝na si´ dzi-

wiç, ˝e wszyscy starajà si´ odchudziç
komputery. MicroOptical, nowo po-
wsta∏a firma z Bostonu, zastàpi∏a nie-
wygodne wyÊwietlacze ciek∏okrysta-
liczne umieszczane na opasce wokó∏
g∏owy maleƒkim odbijajàcym Êwiat∏o
szeÊcianem zamontowanym bezpo-

Â

WIAT

N

AUKI

Marzec 1998 23

Ubraç si´ w komputer

DAVID SUTER

nauczyç starego psa nowych sztuczek”
– mówi James C. Sturm, dyrektor Cen-
trum Fotoniki i Materia∏ów Optoelektro-
nicznych Princeton University.

W rzeczywistoÊci „sztuczki” nie sà ta-

kie nowe. Naukowcy wykorzystujà ide´
powsta∏à w latach pi´çdziesiàtych. Pole-
ga ona na konstruowaniu przyrzàdów
elektronicznych za pomocà ∏àczenia ró˝-
nych materia∏ów pó∏przewodnikowych
o precyzyjnie dobranych sk∏adach. Na
granicy tych materia∏ów elektrony majà
tendencj´ do przyspieszania. SpoÊród
wielu kombinacji najwi´ksze nadzieje
budzi stop krzemowo-germanowy po-
∏àczony z czystym krzemem.

Wytworzenie z niego przyrzàdów oka-

zuje si´ jednak niezmiernie trudne.
Zasadniczym problemem jest fakt, ˝e
wymiary sieci krystalicznej stopu krze-
mowo-germanowego sà nieco wi´ksze
ni˝ krzemu. Gdy materia∏y te sà nak∏a-
dane jeden na drugi, w sieci krystalicz-
nej powstajà napr´˝enia. Wprowadzenie
domieszki w´gla pozwala na ich os∏abie-
nie – atomy w´gla sà mniejsze ni˝ atomy
krzemu i germanu, dzi´ki czemu wymia-
ry sieci krystalicznej stopu z domieszkà

w´gla sà równie˝ mniejsze ni˝ bez tej do-
mieszki, a wi´c lepiej dopasowane do wy-
miarów sieci krystalicznej krzemu.

Choç badania znajdujà si´ jeszcze w

fazie poczàtkowej, to jednak ich wyniki
wzbudzi∏y ju˝ zainteresowanie przemy-
s∏u. Alcatel rozwa˝a zastosowanie w
optoelektronice technologii krzemowo-
germanowo-w´glowej opracowanej we
francuskim Institute d’Électronique Fon-
damentale (IEF). Semiconductor Re-
search Corporation, konsorcjum, w któ-
rego sk∏ad wchodzà takie giganty jak
Intel, Motorola czy Texas Instruments,
zdecydowa∏o o finansowaniu progra-
mu badawczego prowadzonego w Mi-
croelectronics Research Center (MRC)
w University of Texas.

Jednak zastosowanie w´gla w mikro-

elektronice, mimo ˝e budzi entuzjazm
w przemyÊle, nastr´cza wiele proble-
mów. Przyk∏adowo: w´giel i krzem nie
mieszajà si´ dobrze ze sobà. „W´giel nie
czuje si´ zbyt dobrze w sieci krysta-
licznej krzemu” – zauwa˝a Sturm. Aby
zmusiç oba zwiàzki do po∏àczenia, na-
ukowcy zastosowali w swoich labora-
toriach specjalny proces technologicz-

ny, który jednak nie nadaje si´ na me-
tod´ przemys∏owà. „Potrzebne sà uzu-
pe∏niajàce rozwiàzania” – mówi Daniel
Bouchier, badacz w IEF.

Innym problemem jest d∏ugookreso-

wa stabilnoÊç przyrzàdów wytworzo-
nych tà technologià. „Trzeba je najpierw
przetestowaç, sprawdziç, jak d∏ugo za-
chowujà swoje w∏aÊciwoÊci w normal-
nych warunkach” – przyznaje Sanjay
K. Banerjee, zast´pca dyrektora MRC.

Co wi´cej, pewna grupa naukowców,

g∏ównie ci, którzy zdo∏ali pokonaç pro-
blemy zwiàzane ze stosowaniem stopu
krzemowo-germanowego, kwestionuje
op∏acalnoÊç dodawania w´gla. Ju˝ te-
raz IBM wprowadzi∏a na rynek uk∏ady
scalone wykonane w technologii krze-
mowo-germanowej. Jednym z nich jest
uk∏ad przeznaczony do ∏àcznoÊci bez-
przewodowej i pracujàcy z zegarem
o cz´stotliwoÊci 2 GHz. Stypendysta
z IBM, Bernard S. Meyerson, twierdzi,
˝e zupe∏nie realna jest cz´stotliwoÊç
200 GHz. I podkreÊla, ˝e „daleko jesz-
cze do osiàgni´cia granic mo˝liwoÊci
technologii krzemowo-germanowej”.

Alden M. Hayashi

CYBERÂWIAT