xMEMS Lança Chip de Refrigeração Sólido de Miniatura para Óculos Inteligentes

xMEMS Labs apresentou o XMC-1200, um ventilador micro de estado sólido projetado para resolver um dos principais obstáculos que enfrentam os óculos inteligentes, que é o aumento do peso, espessura ou ruído dos óculos.

A empresa de semicondutores com sede em Santa Clara descreve o XMC-1200 como o menor ventilador micro ativo do mundo. Com uma área de 46 milímetros quadrados e consumo de energia típico de aproximadamente 70 miliwatts quando combinado com o circuito integrado de aplicação específica de drive Astra2 da empresa, o chip é pequeno o suficiente para ser integrado nos braços dos óculos de realidade aumentada (AR), realidade estendida (XR) e óculos com inteligência artificial (AI).

Em uma carga térmica de um watt, a xMEMS afirma que o sistema pode reduzir as temperaturas em até 10°C. Amostras de engenharia estão agora disponíveis sob acordos de não divulgação para fabricantes e parceiros de tecnologia qualificados, com a produção prevista para o quarto trimestre de 2027. Os Óculos Estão Enfrentando um Problema de Calor

Os óculos inteligentes estão evoluindo gradualmente de acessórios de câmera e áudio simples para plataformas de computação compactas capazes de executar visão computacional, tradução em tempo real, assistentes multimodais, navegação e displays de alta resolução.

Essas capacidades exigem processadores cada vez mais poderosos, sensores de imagem, componentes de conectividade e motores de luz. Cada um deles produz calor dentro de um dispositivo que deve permanecer leve, silencioso e confortável contra a pele do usuário.

Os sistemas de refrigeração passiva tradicionais, incluindo folhas de grafite, pastilhas térmicas, dissipadores de calor e câmaras de vapor, podem redistribuir o calor dentro de um dispositivo. No entanto, eles não podem criar fluxo de ar. Em invólucros selados, o calor pode ficar preso ao redor dos processadores e outros componentes, eventualmente forçando o dispositivo a reduzir o desempenho ou transferir temperaturas desconfortáveis para o quadro. As restrições térmicas podem afetar vários aspectos da experiência do usuário. Os processadores podem reduzir a frequência durante cargas de trabalho de IA sustentadas, as câmeras podem impor limites de gravação e os displays podem reduzir a luminosidade para controlar as temperaturas. O calor gerado dentro de um braço do óculo também pode tornar os óculos desconfortáveis durante o uso prolongado.

Um Ventilador Micro Construído com Tecnologia de Semicondutor

O XMC-1200 não se assemelha aos ventiladores miniatura encontrados em laptops ou outros dispositivos de consumo. Em vez disso, é fabricado a partir de silício usando a plataforma de sistemas microelectromecânicos piezoelétricos (piezoMEMS) da xMEMS.

Quando uma tensão é aplicada a um filme piezoelétrico fino, o material se expande e contrai em frequências ultrassônicas. Esse movimento impulsiona membranas microscópicas que geram pulsos de ar contínuos por meio de estruturas de válvula de precisão. O fluxo de ar resultante pode ser direcionado para um processador, motor de display, sensor ou outra fonte concentrada de calor. A arquitetura evita os motores rotativos e rolamentos usados em ventiladores convencionais. Isso permite que o dispositivo de refrigeração opere dentro de um pacote de aproximadamente um milímetro de espessura, reduzindo a complexidade mecânica, o ruído audível e a vibração.

O XMC-1200 pode fornecer um fluxo de ar de até 10 centímetros cúbicos por segundo e pressão de contra-pressão de até 1.100 pascals, de acordo com as especificações atuais do produto da empresa. Ele também é classificado como IP68 para resistência a poeira e água, uma consideração importante para eletrônicos destinados a serem usados durante todo o dia. Em vez de substituir dissipadores de calor ou outros componentes passivos, o chip é projetado para complementá-los. O fluxo de ar ativo interrompe a camada de ar quente estático que rodeia um componente quente, permitindo que o calor se mova mais efetivamente para a estrutura térmica mais ampla do dispositivo.

Refrigeração Direcionada para Displays, Processadores e Câmeras

Uma aplicação potencial é a refrigeração dos motores de luz usados em displays de AR e XR.

Os LEDs de microdisplay e os sistemas baseados em laser podem experimentar alterações de comprimento de onda e saída à medida que as temperaturas aumentam. Essas alterações podem contribuir para mudanças de cor, redução de brilho ou qualidade de imagem inconsistente durante o uso prolongado. O fluxo de ar direcionado pode ajudar a manter esses componentes dentro de uma faixa de operação mais estável.

A refrigeração do processador apresenta outro caso de uso. A tradução em tempo real, a interação de voz, o reconhecimento visual e a inferência de IA no dispositivo requerem desempenho de computação sustentado, em vez de picos de processamento breves. Sem espaço térmico suficiente, um sistema em chip pode reduzir rapidamente a frequência do relógio para evitar o superaquecimento.

Os óculos com câmera enfrentam restrições semelhantes. Os sensores de imagem de alta resolução, os codificadores de vídeo e as conexões sem fio geram calor simultaneamente durante a gravação. A refrigeração ativa próxima a esses componentes pode permitir que os fabricantes suportem sessões de gravação mais longas sem aumentar drasticamente o tamanho do quadro.

A mesma tecnologia também pode ajudar os fabricantes a controlar a temperatura externa dos óculos. Remover o calor dos componentes eletrônicos antes que ele atinja a superfície do braço do óculo pode tornar os dispositivos mais confortáveis durante o uso prolongado.

Expansão do Portfólio de µCooling

O XMC-1200 é o menor membro de um portfólio de refrigeração ativa mais amplo que está sendo desenvolvido pela xMEMS.

O XMC-2400 da empresa é projetado para aplicações de maior potência, incluindo óculos de XR, unidades de estado sólido pessoais e outros sistemas de IA de borda. As especificações atuais incluem um fluxo de ar de até 28 centímetros cúbicos por segundo e um consumo de energia típico de aproximadamente 150 miliwatts.

Um modelo XMC-4800 maior é direcionado a smartphones, sistemas de armazenamento de centro de dados e outras aplicações que exigem um fluxo de ar maior. A empresa lista esse produto com um fluxo de ar de até 48 centímetros cúbicos por segundo, com um consumo de energia típico de aproximadamente 240 miliwatts. Isso reflete uma estratégia mais ampla de aplicar técnicas de fabricação de semicondutores ao gerenciamento térmico em diferentes categorias de dispositivos. Em vez de usar um projeto de ventilador para todos os produtos, os fabricantes podem potencialmente selecionar chips com base no tamanho do invólucro, na potência disponível, nas necessidades de fluxo de ar e na localização de pontos quentes individuais.

Fundada em 2018, a xMEMS inicialmente se concentrou em alto-falantes de estado sólido MEMS para fones de ouvido, smartwatches, fones de ouvido e óculos. A empresa desde então estendeu a mesma plataforma de piezoMEMS subjacente para o gerenciamento térmico e relata ter mais de 300 patentes concedidas em todo o mundo. A Adoção Comercial Dependerá do Desempenho em Nível de Sistema

Tornar um componente de refrigeração pequeno o suficiente para óculos inteligentes é apenas uma parte do desafio de engenharia.

Os fabricantes precisarão determinar como o fluxo de ar deve se mover por meio de quadros que podem ser selados contra umidade e poeira. Eles também precisarão avaliar como o chip de refrigeração afeta a vida útil da bateria, o posicionamento de componentes internos, o desempenho acústico, a durabilidade e as temperaturas externas.

Os requisitos de energia relativamente baixos do XMC-1200 podem torná-lo adequado para operação seletiva. Um dispositivo pode ativar a refrigeração apenas durante a gravação de vídeo, a inferência de IA exigente, a luminosidade do display alta ou outras cargas de trabalho sustentadas, em vez de executar o chip continuamente.

O cronograma de produção mais longo também indica que a tecnologia ainda está em uma fase inicial. Embora as amostras de engenharia estejam disponíveis, os dispositivos de consumo que usam o XMC-1200 são improváveis de aparecer até que os fabricantes completem testes extensivos e incorporem o chip em futuros projetos de hardware.

O XMC-2400 maior já entrou em produção em massa e está apoiando os primeiros implantações relacionadas a óculos da empresa, dando aos fabricantes uma opção atualmente disponível para projetos com mais espaço ou cargas térmicas mais altas.

A Refrigeração Ativa Pode Redefinir a IA Vestível

Os óculos inteligentes tradicionalmente foram projetados em torno de limites térmicos estritos. Os fabricantes gerenciaram esses limites por meio de restrições de software, cargas de trabalho intermitentes, redução da luminosidade do display e desempenho do processador conservador.

A refrigeração ativa em escala micro pode criar outra opção. Em vez de projetar cada capacidade em torno de um teto de calor fixo, os dispositivos vestíveis futuros poderiam remover dinamicamente o calor durante tarefas exigentes e retornar à operação passiva quando as cargas de trabalho diminuem.

Isso pode suportar sessões de gravação mais longas, qualidade de display mais consistente e recursos de IA que operam continuamente, em vez de em rajadas curtas. Também pode permitir que mais processamento permaneça no dispositivo, reduzindo a dependência de smartphones ou infraestrutura de nuvem.

A importância mais ampla vai além de um único chip de refrigeração. À medida que os computadores vestíveis se tornam mais capazes, o gerenciamento térmico influenciará cada vez mais quais experiências de IA podem funcionar de forma confiável dentro de dispositivos leves o suficiente para serem usados durante todo o dia.