xMEMS Запускает Микроминиатюрную Полупроводниковую Кристаллическую Пластину для Охлаждения Умных Очков

xMEMS Labs представила XMC-1200, микроминиатюрный вентилятор, предназначенный для решения одной из наиболее постоянных проблем, с которыми сталкиваются умные очки, а именно охлаждения.

Компания xMEMS, базирующаяся в Санта-Кларе, описывает XMC-1200 как самый маленький активный микровентилятор в мире. С площадью 46 квадратных миллиметров и типичным энергопотреблением около 70 милливатт при подключении к интегральной схеме Astra2, эта пластина достаточно мала, чтобы быть интегрированной в рамки очков дополненной реальности (AR), расширенной реальности (XR) и очков, оснащенных искусственным интеллектом (AI).

При тепловой нагрузке в один ватт система может снизить температуру на 10°C, утверждает xMEMS. Инженерные образцы сейчас доступны под соглашением о неразглашении для квалифицированных производителей и технологических партнеров, а готовность к производству запланирована на четвертый квартал 2027 года. Умные очки сталкиваются с проблемой нагрева

Умные очки постепенно эволюционируют от относительно простых камер и аудиоаксессуаров в компактные вычислительные платформы, способные запускать компьютерное зрение, реальное время перевода, многофункциональных помощников, навигацию и высокоразрешающие дисплеи.

Эти возможности требуют все более мощных процессоров, датчиков изображений, компонентов подключения и световых двигателей. Каждый из них производит тепло внутри устройства, которое должно оставаться легким, тихим и комфортным против кожи носителя.

Традиционные пассивные системы охлаждения, включая графитовые листы, термопрокладки, теплопередающие пластины и паровые камеры, могут перераспределять тепло по всему устройству. Однако они не могут создавать воздушный поток. В плотно закрытых оболочках тепло может стать запертым вокруг процессоров и других компонентов, в конечном итоге заставляя устройство снизить производительность или передать неудобные температуры рамке. Тепловые ограничения могут повлиять на несколько аспектов пользовательского опыта. Процессоры могут снижать производительность во время длительных вычислительных задач, камеры могут вводить ограничения на запись, а дисплеи могут снижать яркость для контроля температуры. Тепло, генерируемое внутри рамки, также может сделать очки неудобными во время длительного использования.

Микровентилятор, Созданный с Использованием Полупроводниковой Технологии

XMC-1200 не похож на миниатюрные вентиляторы, найденные в ноутбуках или других потребительских электронных устройствах. Вместо этого он изготовлен из кремния с использованием платформы xMEMS’ пьезоэлектрических микроэлектромеханических систем, или пьезоМЭМС.

Когда напряжение прикладывается к тонкой пьезоэлектрической пленке, материал расширяется и сжимается на ультразвуковых частотах. Это движение приводит микроскопические мембраны, которые генерируют непрерывные воздушные импульсы через точные клапанные структуры. Результатом может быть направление воздушного потока к процессору, двигателю дисплея, датчику или другому концентрированному источнику тепла. Эта конструкция избегает использования роторных двигателей и подшипников, используемых в традиционных вентиляторах. Это позволяет устройству охлаждения работать в упаковке толщиной примерно один миллиметр, снижая механическую сложность, слышимый шум и вибрацию.

XMC-1200 может обеспечить воздушный поток до 10 кубических сантиметров в секунду и обратное давление до 1100 паскалей, согласно текущим спецификациям продукта компании. Он также имеет рейтинг IP68 по устойчивости к пыли и воде, что является важным фактором для электроники, предназначенной для ношения в течение дня. Вместо того, чтобы заменять теплопередающие пластины или другие пассивные компоненты, эта пластина предназначена для дополнения их. Активный воздушный поток нарушает слой застоявшегося теплого воздуха, окружающего горячий компонент, позволяя теплу более эффективно перемещаться в более широкую термическую структуру устройства.

Целевое Охлаждение для Дисплеев, Процессоров и Камер

Одним из потенциальных применений является охлаждение световых двигателей, используемых в дисплеях AR и XR.

Микродисплейные светодиоды и лазерные системы могут испытывать изменения длины волны и выхода при повышении температуры. Эти изменения могут способствовать сдвигам цвета, снижению яркости или несоответствию качества изображения во время длительного использования. Целевой воздушный поток может помочь сохранить эти компоненты в более стабильном рабочем диапазоне.

Охлаждение процессора представляет собой еще один случай использования. Реальное время перевода, голосовое взаимодействие, распознавание изображений и локальное вычисление AI требуют устойчивой вычислительной производительности, а не кратковременных всплесков обработки. Без достаточного теплового запаса система на кристалле может быстро снизить свою тактовую частоту, чтобы предотвратить перегрев.

Очки с камерой сталкиваются с аналогичными ограничениями. Высокоразрешающие датчики изображений, видеокодировщики и беспроводные соединения генерируют тепло одновременно во время записи. Активное охлаждение вблизи этих компонентов может позволить производителям поддерживать более длительные сессии записи без значительного увеличения размера рамки.

Эта же технология также может помочь производителям контролировать внешнюю температуру очков. Удаление тепла от электроники до того, как оно достигнет поверхности рамки, может сделать устройства более комфортными во время длительного ношения.

Расширение Портфеля µCooling

XMC-1200 является самым маленьким членом более широкого портфеля активного охлаждения, разрабатываемого xMEMS.

Компания XMC-2400 предназначена для более мощных приложений, включая очки XR, персональные твердотельные накопители и другие системы AI на краю сети. Его текущие спецификации включают воздушный поток до 28 кубических сантиметров в секунду и типичное энергопотребление около 150 милливатт.

Более крупная модель XMC-4800 ориентирована на смартфоны, системы хранения данных в центрах обработки данных и другие приложения, требующие большего воздушного потока. Компания указывает этот продукт с воздушным потоком до 48 кубических сантиметров в секунду и типичным энергопотреблением около 240 милливатт. Эта стратегия предполагает применение полупроводниковых методов производства к термическому управлению в различных категориях устройств. Вместо использования одного дизайна вентилятора для каждого продукта производители потенциально могут выбирать пластины на основе размера оболочки, доступной мощности, требований к воздушному потоку и местоположения отдельных горячих точек.

Основанная в 2018 году, xMEMS изначально фокусировалась на твердотельных МЭМС-динамиках для наушников, смарт-часов, наушников и очков. Компания с тех пор расширила ту же основную платформу пьезоМЭМС на термическое управление и сообщает, что владеет более чем 300 выданными патентами во всем мире. Промышленное внедрение будет зависеть от системной производительности

Сделать компонент охлаждения достаточно маленьким для умных очков – это только одна часть инженерного вызова.

Производителям необходимо определить, как воздушный поток должен перемещаться через рамки, которые могут быть запечатаны против влаги и пыли. Они также должны оценить, как пластина охлаждения влияет на срок службы батареи, размещение внутренних компонентов, акустическую производительность, долговечность и внешние температуры.

Относительно низкие требования к энергопотреблению XMC-1200 могут сделать его подходящим для выбора работы. Устройство может активировать охлаждение только во время видеозаписи, требовательного вывода AI, высокой яркости дисплея или других устойчивых рабочих нагрузок, а не работать непрерывно.

Более длительный график производства также указывает на то, что технология остается на ранней стадии. Хотя инженерные образцы доступны, потребительские устройства, использующие XMC-1200, вряд ли появятся до тех пор, пока производители не завершат обширное тестирование и не включат пластину в будущие конструкции оборудования.

Более крупный XMC-2400 уже вошел в массовое производство и поддерживает первые развертывания очков компании, давая производителям в настоящее время доступный вариант для конструкций с большим пространством или более высокими тепловыми нагрузками.

Активное Охлаждение Может Переопределить Носимый AI

Умные очки традиционно проектируются вокруг строгих тепловых ограничений. Производители управляли этими ограничениями через программные ограничения, прерывистые рабочие нагрузки, снижение яркости дисплея или консервативную производительность процессора.

Микромасштабное активное охлаждение создает еще один вариант. Вместо того, чтобы проектировать каждую возможность вокруг фиксированного потолка тепла, будущие носимые устройства могли бы динамически удалять тепло во время требовательных задач и возвращаться к пассивной работе, когда рабочие нагрузки снижаются.

Это может поддержать более длительные сессии записи, более последовательное качество дисплея и функции AI, которые работают непрерывно, а не в коротких всплесках. Это также может позволить больше обработки остаться на устройстве, снижая зависимость от смартфонов или облачной инфраструктуры.

Более широкое значение выходит за рамки одной пластины охлаждения. По мере того, как носимые компьютеры становятся более способными, термическое управление будет все больше влиять на то, какие опыты AI могут работать надежно внутри устройств, достаточно легких, чтобы быть носимыми в течение дня.