Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα ή αλλιώς μικροτσίπ (microchip), είναι μικροσκοπικά ηλεκτρονικά κυκλώματα φτιαγμένα πάνω σε ένα υπόστρωμα πυριτίου. Τα κυκλώματα αυτά, αποτελούνται από δισεκατομμύρια πλέον τρανζίστορ, τα οποία λειτουργούν σαν διακόπτες και, σχηματίζοντας διάφορα μοτίβα, μπορούν να εκτελούν μαθηματικές πράξεις γρήγορα και καταναλώνοντας πολύ λίγη ενέργεια. Η ανακάλυψη και εξέλιξη των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων έχει συμβάλει άμεσα στην ανάπτυξη της τεχνολογίας και στην ποιότητα της ανθρώπινης ζωής. Παραδείγματα αποτελούν οι αυτοματισμοί στις οικίες, τα καλύτερα μέσα μεταφοράς, οι τηλεπικοινωνίες (smartphones, laptops κ.α.), τα πιο εξειδικευμένα μηχανήματα, η δημιουργία καλύτερων φαρμάκων και λιπασμάτων στον τομέα της γεωργίας, η ρομποτική χειρουργική στον τομέα της ιατρικής και πάρα πολλά άλλα. Φυσικά, υπάρχουν και αρνητικά αποτελέσματα από την εξέλιξη της τεχνολογίας όπως για παράδειγμα η κατασκευή ‘έξυπνων’ όπλων και πυραύλων, και η κακή επίδραση στο φυσικό περιβάλλον αλλά και στον άνθρωπο. Η τεχνολογική εξέλιξη από μόνη της δεν είναι καλή ή κακή. Το πως θα καταλήξει εξαρτάται από το πως θα χρησιμοποιηθεί. Με την φωτιά μπορεί κάποιος να ζεστάνει το φαγητό του ή να κάψει το διπλανό σπίτι. Το ίδιο συμβαίνει και με τα ηλεκτρονικά κυκλώματα. Για παράδειγμα ο επεξεργαστής ενός υπολογιστή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ψυχαγωγικούς σκοπούς (ηλεκτρονικά παιχνίδια, δημιουργία video κτλ.) ή για πολεμικούς σκοπούς (εντοπισμός στόχου και εντολή εκτόξευσης πυραύλου).
Τα ολοκληρωμένα κυκλώματα αναπτύσσονται συνεχώς, με τον αριθμό των τρανζίστορ που χωρούν σε ένα υπόστρωμα πυριτίου να διπλασιάζεται κάθε περίπου δύο χρόνια. Αυτό είναι αποτέλεσμα της σμίκρυνσης των τρανζίστορ αφού πλέον αγοράζουμε επεξεργαστές και κινητά τηλέφωνα με τρανζίστορ που έχουν μήκος 14 νάνο-μέτρα (0.0000014 cm)! Επίσης, λόγω της σμίκρυνσης των τρανζίστορ και γενικότερα των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων έχουμε πλέον την δυνατότητα να φτάσουμε σε πολύ πιο ψηλές ταχύτητες υιοθετώντας την τεχνολογία 5G. Δημιουργώντας κυκλώματα για δίκτυα 5G, ο όγκος ανταλλαγής δεδομένων θα αυξηθεί ραγδαία ( >100 φορές!) και οι ηλεκτρονικές συσκευές μας θα έχουν την δυνατότητα να τρέχουν πολύ πιο ‘έξυπνους’ αλγορίθμους δίνοντας μας επιπλέον ανέσεις σε όλους τους τομείς της καθημερινότητας. Πέραν των πολλαπλών θετικών που θα έχουμε με την υιοθεσία του 5G, εννοείται πως η κακή χρήση του θα επιφέρει διάφορα προβλήματα. Όπως είναι γνωστό, για την ανταλλαγή δεδομένων στην ατμόσφαιρα χρησιμοποιούμε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία η οποία αν εκπέμπεται με μεγάλη ισχύ κοντά σε ανθρώπινα σώματα μπορεί να προκαλέσει προβλήματα υγείας. Όμως, αν η ισχύς της ακτινοβολίας είναι σχετικά μικρή, τότε δεν είναι επιβλαβές για τον άνθρωπο. Τα όρια επιτρεπόμενης ακτινοβολούσας ισχύς αποφασίζονται από το κράτος μετά από πολλαπλές έρευνες και ενδείξεις ότι είναι ασφαλή για τους πολίτες του.
Ένα φλέγον θέμα στην ανάπτυξη των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων είναι η εμφύτευση τους σε ανθρώπινους οργανισμούς. Κατά τη διάρκεια του μεταπτυχιακού μου, είχαμε μελετήσει μικροτσίπ εμφύτευσης τα οποία είναι σε θέση να κάνουν ανθρώπους με έλλειψη ακοής να ακούσουν καλύτερα, ανθρώπους με προβλήματα όρασης να δουν καθαρά και ανθρώπους με κινητικά προβλήματα να περπατήσουν φυσιολογικά. Όλα τα κυκλώματα είχαν ένα κοινό πρόβλημα, την κατανάλωση ενέργειας. Για να είναι σε θέση ένα εμφύτευμα να μπει στον ανθρώπινο οργανισμό, πέραν των αδειών ηθικής και ασφάλειας χρήσης σε ανθρώπινα σώματα, πρέπει επίσης να είναι εγγυημένο ότι θα μπορεί να δουλεύει για τριάντα χρόνια πριν να χρειαστεί οποιαδήποτε επιδιόρθωση ή αλλαγή στην παροχή ενέργειας. Αυτό είναι ακόμη σε πρώιμο στάδιο, οπόταν τα ήδη υφιστάμενα εμφυτεύματα χρειάζεται να τους παρέχεται ενέργεια από εξωτερική συσκευή. Με τις έρευνες να προχωρούν συνεχώς και με την ανακάλυψη της συγκομιδής ενέργειας (energy harvesting) από το γειτονικό περιβάλλον του ολοκληρωμένου κυκλώματος, αναμένεται να έχουμε πιο τεχνολογικά εξελιγμένα εμφυτεύματα που θα μπορούσαν να μειώσουν τα προαναφερθέντα προβλήματα. Δυστυχώς, θα χρειαστούν αρκετά χρόνια μέχρι να είμαστε σε θέση να έχουμε πλήρως εμφυτευμένα ολοκληρωμένα κυκλώματα για την καταπολέμηση των πιο πάνω προβλημάτων. Όσον αφορά την εμφύτευση κυκλωμάτων για ηλεκτρονικές συναλλαγές και ταυτοποίηση των πολιτών, γίνονται έρευνες κυρίως από εταιρίες R&D (Research and Development), χωρίς όμως να υπάρχουν ενδείξεις για την απόδοση τους, αφού δεν υπάρχει αποτελεσματικός τρόπος τροφοδότησης τέτοιων κυκλωμάτων και επίσης, δεν μπορεί κανείς να εγγυηθεί ότι δεν θα υποκλέπτονται οι πληροφορίες που θα είναι αποθηκευμένες στο μικροτσίπ. Υπάρχουν ήδη στην αγορά εμφυτεύματα με ολοκληρωμένα κυκλώματα, που δουλεύουν με την τεχνολογία NFC ή/και RF ID και μπορούν να ενεργοποιούν διάφορα συστήματα όπως για παράδειγμα ξεκλείδωμα αυτοκινήτου κτλ. Η βάση για τη δημιουργία μικροτσίπ εμφύτευσης υπάρχει, όμως η τεχνολογία δεν είναι ακόμη σε θέση να επιτρέψει τη σωστή λειτουργία ενός πλήρους εμφυτεύματος με υπολογιστικές ικανότητες και ταυτόχρονα να είναι ασφαλές. Όσο όμως προχωρούν οι έρευνες στον τομέα, ίσως σε μερικά χρόνια να δούμε ένα τέτοιο μικροτσίπ.
Το 2017 ξεκίνησα την διδακτορική μου έρευνα στο Εργαστήριο Ολιστικής Ηλεκτρονικής του Πανεπιστημίου Κύπρου έχοντας ως στόχο την κατασκευή μικροτσίπ για συστήματα μετά-επιφανειών. Οι μετά-επιφάνειες, είναι επιφάνειες οι οποίες μπορούν να κατευθύνουν ή να απορροφήσουν την προσπίπτουσα ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Οι ρυθμίσεις για τη σωστή λειτουργία μιας μετά-επιφάνειας παρέχονται από ένα δίκτυο μικροτσίπ τοποθετημένο στην πίσω πλευρά της. Τα μικροτσίπ, πέραν των ρυθμίσεων στην μετά-επιφάνεια, επικοινωνούν με ένα υπολογιστή ώστε ο χρήστης να μπορεί εύκολα να ρυθμίζει την μετά-επιφάνεια. Η έρευνα μου, είναι μια εκ των πολλών που προσφέρει το Εργαστήριο Ολιστικής Ηλεκτρονικής που έχει ως άμεσο στόχο την ανάπτυξη μεταπτυχιακού προγράμματος στον κλάδο των Ηλεκτρολόγων Μηχανικών για τον σχεδιασμό ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Αυτό με τη σειρά του θα επιφέρει ανάπτυξη στον τομέα σχεδιασμού ολοκληρωμένων κυκλωμάτων γενικότερα στην Κύπρο, κάτι που το έχει ανάγκη αφού είναι άμεσα συνδεδεμένο με την ανάπτυξη της τεχνολογίας.
Λουκάς Πέτρου: Υποψήφιος Διδάκτορας,
Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών,
Πανεπιστήμιο Κύπρου