xMEMS Lancia un Chip di Raffreddamento a Stato Solido Miniaturizzato per Occhiali Intelligenti

xMEMS Labs ha introdotto il XMC-1200, un ventilatore micro a stato solido progettato per affrontare uno degli ostacoli più persistenti che si pongono di fronte agli occhiali intelligenti, ovvero il problema del calore, senza rendere i telai più pesanti, più spessi o più rumorosi.

La società di semiconduttori con sede a Santa Clara descrive l’XMC-1200 come il ventilatore micro attivo più piccolo del mondo. Con una superficie di 46 millimetri quadrati e un consumo di potenza tipico di circa 70 milliwatt quando abbinato al circuito integrato applicativo specifico della società, il chip è abbastanza piccolo da poter essere integrato nelle braccia dei telai di realtà aumentata (AR), realtà estesa (XR) e occhiali dotati di intelligenza artificiale.

Sotto un carico termico di un watt, xMEMS afferma che il sistema può ridurre le temperature di fino a 10°C. I campioni di ingegneria sono ora disponibili sotto accordi di non divulgazione a produttori e partner tecnologici qualificati, con la produzione prevista per il quarto trimestre del 2027. Gli occhiali stanno incontrando un problema di calore

Gli occhiali intelligenti stanno gradualmente evolvendo da semplici accessori per fotocamere e audio a piattaforme di calcolo compatte in grado di eseguire la visione computerizzata, la traduzione in tempo reale, gli assistenti multimodali, la navigazione e le visualizzazioni ad alta risoluzione.

Queste funzionalità richiedono processori sempre più potenti, sensori di immagine, componenti di connettività e motori di luce. Ognuno di questi produce calore all’interno di un dispositivo che deve rimanere leggero, silenzioso e confortevole contro la pelle del portatore.

I sistemi di raffreddamento passivo tradizionali, comprese le lastre di grafite, le pad termiche, i dissipatori di calore e le camere a vapore, possono ridistribuire il calore all’interno di un dispositivo. Tuttavia, non possono creare flusso d’aria. In involucri sigillati, il calore può rimanere intrappolato intorno ai processori e ad altri componenti, costringendo alla fine il dispositivo a ridurre le prestazioni o a trasferire temperature scomode al telaio. Le limitazioni termiche possono influenzare diversi aspetti dell’esperienza dell’utente. I processori possono ridurre la velocità durante i carichi di lavoro di intelligenza artificiale sostenuti, le fotocamere possono imporre limiti di registrazione e le visualizzazioni possono ridurre la luminosità per controllare le temperature. Il calore generato all’interno di una branca del telaio può anche rendere gli occhiali scomodi durante l’uso prolungato.

Un Ventilatore Micro Costruito con Tecnologia a Semiconduttori

L’XMC-1200 non assomiglia ai ventilatori miniaturizzati rotativi trovati nei laptop o in altri dispositivi elettronici di consumo. Invece, è realizzato in silicio utilizzando la piattaforma di sistemi elettromeccanici a microelettronica piezoelettrica (piezoMEMS) di xMEMS.

Quando si applica una tensione a un sottile film piezoelettrico, il materiale si espande e si contrae a frequenze ultrasoniche. Questo movimento aziona membrane microscopiche che generano impulsi d’aria continui attraverso strutture valvolari di precisione. Il flusso d’aria risultante può essere diretto verso un processore, un motore di visualizzazione, un sensore o un’altra fonte di calore concentrata. l’architettura evita i motori rotativi e i cuscinetti utilizzati nei ventilatori convenzionali. Ciò consente al dispositivo di raffreddamento di funzionare all’interno di un pacchetto di circa un millimetro di spessore, riducendo la complessità meccanica, il rumore udibile e le vibrazioni.

L’XMC-1200 può fornire un flusso d’aria di fino a 10 centimetri cubi al secondo e una pressione di ritorno di fino a 1.100 pascal, secondo le specifiche del prodotto attuali della società. È anche valutato IP68 per la resistenza alla polvere e all’acqua, una considerazione importante per gli elettronici destinati a essere indossati durante tutta la giornata. anzi che sostituire i dissipatori di calore o altri componenti passivi, il chip è destinato a complementarli. Il flusso d’aria attivo interrompe lo strato di aria calda stagnante che circonda un componente caldo, consentendo al calore di muoversi più efficacemente all’interno della struttura termica più ampia del dispositivo.

Raffreddamento Mirato per Display, Processori e Fotocamere

Una possibile applicazione è il raffreddamento dei motori di luce utilizzati nelle visualizzazioni AR e XR.

I diodi a emissione di luce e i sistemi laser possono subire cambiamenti di lunghezza d’onda e di uscita man mano che la loro temperatura aumenta. Questi cambiamenti possono contribuire a sfumature di colore, luminosità ridotta o qualità di immagine coerente durante l’uso prolungato. Il flusso d’aria mirato potrebbe aiutare a mantenere questi componenti all’interno di una gamma di funzionamento più stabile.

Il raffreddamento del processore rappresenta un altro caso d’uso. La traduzione in tempo reale, l’interazione vocale, il riconoscimento visivo e l’inferenza dell’intelligenza artificiale sul dispositivo richiedono prestazioni di calcolo sostenute piuttosto che brevi scariche di elaborazione. Senza una sufficiente testa termica, un sistema su chip può rapidamente ridurre la sua velocità di clock per evitare il surriscaldamento.

Le fotocamere basate su occhiali affrontano vincoli simili. I sensori di immagine ad alta risoluzione, i codificatori video e le connessioni wireless generano calore contemporaneamente durante la registrazione. Il raffreddamento attivo vicino a questi componenti potrebbe consentire ai produttori di supportare sessioni di registrazione più lunghe senza aumentare drasticamente le dimensioni del telaio.

La stessa tecnologia potrebbe anche aiutare i produttori a controllare la temperatura esterna degli occhiali. Allontanare il calore dagli elettronici prima che raggiunga la superficie di una branca del telaio potrebbe rendere i dispositivi più confortevoli durante l’uso prolungato.

Ampliamento del Portafoglio µCooling

L’XMC-1200 è il membro più piccolo di un portafoglio di raffreddamento attivo più ampio in fase di sviluppo da parte di xMEMS.

Il modello XMC-2400 della società è progettato per applicazioni ad alta potenza, tra cui occhiali XR, dischi rigidi a stato solido personali e altri sistemi di intelligenza artificiale edge. Le specifiche attuali includono un flusso d’aria di fino a 28 centimetri cubi al secondo e un consumo di potenza tipico di circa 150 milliwatt.

Un modello XMC-4800 più grande è destinato a smartphone, sistemi di archiviazione dei centri dati e altre applicazioni che richiedono un flusso d’aria maggiore. La società elenca questo prodotto con un flusso d’aria di fino a 48 centimetri cubi al secondo, con un consumo di potenza tipico di circa 240 milliwatt. ciò riflette una strategia più ampia di applicazione delle tecniche di produzione di semiconduttori alla gestione termica in diverse categorie di dispositivi. Invece di utilizzare un design di ventilatore per ogni prodotto, i produttori potrebbero potenzialmente selezionare i chip in base alle dimensioni dell’involucro, alla potenza disponibile, ai requisiti di flusso d’aria e alla posizione dei singoli punti caldi.

Fondata nel 2018, xMEMS si è inizialmente concentrata su altoparlanti a stato solido MEMS per auricolari, smartwatch, cuffie e occhiali. La società ha successivamente esteso la stessa piattaforma di base piezoMEMS alla gestione termica e segnala di detenere oltre 300 brevetti concessi in tutto il mondo. l’adozione commerciale dipenderà dalle prestazioni a livello di sistema

Renderare un componente di raffreddamento abbastanza piccolo per gli occhiali intelligenti è solo una parte della sfida di ingegneria.

I produttori dovranno determinare come il flusso d’aria debba muoversi all’interno dei telai che possono essere sigillati contro l’umidità e la polvere. Dovranno anche valutare come il chip di raffreddamento influisce sulla durata della batteria, sulla disposizione dei componenti interni, sulle prestazioni acustiche, sulla durata e sulla temperatura esterna.

I requisiti di potenza relativamente bassi dell’XMC-1200 potrebbero renderlo adatto all’operazione selettiva. Un dispositivo potrebbe attivare il raffreddamento solo durante la registrazione video, l’inferenza dell’intelligenza artificiale richiesta, la luminosità della visualizzazione alta o altri carichi di lavoro sostenuti, anziché eseguire il chip in modo continuo.

La tabella di produzione più lunga indica anche che la tecnologia si trova ancora a uno stadio iniziale. Sebbene i campioni di ingegneria siano disponibili, i dispositivi per i consumatori che utilizzano l’XMC-1200 sono improbabili apparire fino a quando i produttori non completeranno test estensivi e non incorporeranno il chip nei progetti di hardware futuri.

Il modello XMC-2400 più grande è già entrato in produzione di massa e sta supportando i primi dispiegamenti di occhiali della società, offrendo ai produttori un’opzione attualmente disponibile per i progetti con più spazio o carichi termici più elevati.

Il Raffreddamento Attivo Potrebbe Ridisegnare l’Intelligenza Artificiale Indossabile

Gli occhiali intelligenti sono stati tradizionalmente progettati intorno a limiti termici rigorosi. I produttori hanno gestito questi limiti attraverso restrizioni software, carichi di lavoro intermittenti, luminosità della visualizzazione ridotta o prestazioni del processore conservative.

Il raffreddamento attivo a scala microscopica crea un’altra opzione. Invece di progettare ogni funzionalità intorno a un tetto termico fisso, i dispositivi indossabili futuri potrebbero rimuovere dinamicamente il calore durante i compiti richiesti e tornare all’operazione passiva quando i carichi di lavoro diminuiscono.

Ciò potrebbe supportare sessioni di registrazione più lunghe, una qualità di visualizzazione più coerente e funzionalità di intelligenza artificiale che operano in modo continuo anziché a brevi intervalli. Potrebbe anche consentire ulteriore elaborazione sul dispositivo, riducendo la dipendenza da smartphone o infrastrutture cloud.

Il significato più ampio va al di là di un singolo chip di raffreddamento. Man mano che i computer indossabili diventano più potenti, la gestione termica influenzerà sempre più quali esperienze di intelligenza artificiale possono funzionare in modo affidabile all’interno di dispositivi abbastanza leggeri da poter essere indossati durante tutta la giornata.