Funkchip ahmt menschliches Ohr nach

"Je intensiver ich mich mit dem Ohr beschäftigt habe, desto klarer wurde mir, dass es wie ein Superfunkempfänger mit 3.500 parallelen Kanälen ist", erklärt Rahul Sarpeshkar, weshalb er sich bei der Entwicklung eines Breitbandfunkchips gerade am menschlichen Ohr orientiert hat. Die Spiralform der Hörschnecke im Innenohr ermöglicht es dem menschlichen Ohr, ein sehr breites Frequenzspektrum zu empfangen. "Das Innenohr bekommt schnell einen Gesamteindruck, was im Schallspektrum so alles passiert", so der Elektrotechniker und Informatiker vom Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Der Chip, den Sarpeshkar zusammen mit seinem Studenten Soumyajit Mandal entwickelt hat, kann ein Funkspektrum von 600 MHz bis 8 GHz analysieren und verbraucht dabei weniger als 300 Milliwatt. Er sei damit gut geeignet für Systeme, die kognitiven Funk nutzen. Diese Systeme analysieren ständig das aktuelle Funkspektrum und entscheiden entsprechend, welche Frequenz sie für die Kommunikation nutzen. So soll das verfügbare Frequenzspektrum besser genutzt werden.

Künstliche Hörschnecke

Der RF Cochlea (Radio Frequqency Cochlea), also Funkfrequenz-Hörschnecke genannte Chip ahmt Form und Funktionsweise der Hörschnecke nach. Wenn Schallwellen auf die mit Flüssigkeit gefüllte Hörschnecke treffen, erzeugen sie Wellen, die die Tektorialmembran in Schwingungen versetzen, die ihrerseits Haarzellen anregen. Diese wiederum erzeugen elektrische Signale, die ins Gehirn gelangen.

Diesen Mechanismus haben die Forscher mit Transistoren, Induktoren und Kondensatoren auf einem 1,5 mm x 3 mm großen Siliziumchip nachgebaut: Die Wellen wandern durch Induktoren und Kondensatoren, die die Aufgabe der Flüssigkeit und der Tektorialmembran übernehmen. Die Transistoren sind analog zu den Haarzellen.

Vorbild Natur

Der Chip sei ein Beispiel dafür, was passieren könne, wenn Forscher sich von anderen Disziplinen oder der Natur inspirieren ließen, sagt Sarpeshkar. Er muss es wissen: RF Cochlea ist nicht seine erste Entwicklung, die auf einem biologischen Vorbild beruht. Er und sein Team haben unter anderem einen Sprachsynthesechip entwickelt, der vom menschlichen Vokaltrakt inspiriert ist, und einen Digital-Analog-Prozessor nach dem Vorbild menschlicher Nervenzellen.

"Es wird noch lange dauern, bis die Werke, die die Menschen hervorbringen, sich mit denen, die Natur hervorgebracht hat, messen können, vor allem wenn es um Vorgänge geht, bei denen höchste Energieeffizienz oder extrem niedriger Energieverbrauch gefragt sind", erklärt Sarpeshkar. "Wir sollten künftig die intellektuellen Prinzipien der Natur ausbeuten, um für Menschen nützliche Dinge zu schaffen, so wie wir bisher ihre Ressourcen physisch ausgebeutet haben."