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還記得 80 年代的喜劇科幻電影《驚異大奇航》(Innerspace) 嗎？這部電影講述了一個注入人體內的微型載人艙的故事。雖然我們距離在人體內發射潛艇還有很多年，但工程技術的進步使得製造出非常微小的計算機成為可能，以至於將它們植入活體組織內不再是科幻小說家想象出來的東西。事實上，自從英國科學家凱文·沃裡克 (Kevin Warwick) 首次將矽 RFID 發射器植入他的手臂，以遠端控制門、燈和其他裝置中的計算機以來，已經過去了 20 年。然後，他更進一步，將該裝置與他自己的神經系統連線，
從而控制機械臂，為他贏得了“賽博格船長”的綽號。
雖然微型計算機技術並非每天都是頭條新聞，但其發展步伐並未放緩，我仍然時不時地對一些新發展的獨創性感到震驚。
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例如，今年早些時候，密歇根大學的一個團隊在電氣和計算機工程教授 David Blaauw 的帶領下，使用了我工作的公司 Arm 構建的節能處理器，構建了世界上最小的計算機。
該裝置的尺寸僅為 0.3 毫米見方，僅為
之前的記錄保持者（一種不超過一粒鹽大小的太陽能計算機）的十分之一。由於溫度和壓力感測器可以內建到新裝置中，Blaauw 的團隊設想，除了其他應用外，它可以植入腫瘤中，以確定腫瘤在化療後是否縮小。（研究表明，腫瘤可能具有比健康組織略高的溫度。）
雖然微型計算機的開發令人興奮，但仍存在一些障礙阻止它們在健康和其他領域廣泛部署。最大的問題之一是製造足夠小的電池來為這些裝置供電。隨著電池尺寸的減小，它們儲存的能量也會急劇減少。微型計算機所需的電池比用於為心臟起搏器和人工耳蝸等其他裝置供電的傳統小型電池小得多，並且 Blaauw 說，它們的容量可能要小一千倍。
一種可能的解決方案是找到讓裝置頻繁地為自己充電的方法。例如，紅外光束可以遠端為植入實驗室小鼠體內的感測器充電。科學家們還在研究如何使用一種稱為熱電能量收集的技術為微型計算機發電，儘管他們尚未在如此小的規模上取得成功。為了使後一種方法奏效，裝置的兩個表面之間需要存在溫差，但新的微型計算機非常小，很難使任何一個部件比其他部件溫暖得多。仍在研究的其他方法包括利用葡萄糖分子作為動力源。
一個有效的解決方案是簡單地節省可以儲存在微型電池上的少量電力。Blaauw 和他的團隊瞭解到，他們可以透過僅定期喚醒計算機進行計算，然後再將它們置於睡眠狀態來大幅降低功耗。
除了最大限度地延長微型計算機的睡眠時間外，工程師還可以透過減少計算機在喚醒狀態下消耗的電量來降低功耗。Blaauw 和他的團隊能夠透過修改他們使用的電晶體；縮小一些電路的尺寸；以及進行一些電路最佳化，將他們計算機的靜態功耗降低到極小的 30 皮瓦——萬億分之三百瓦特。
當然，如果他們收集的資料無法正確傳輸，那麼微型計算機的小尺寸和降低的功耗就毫無意義。Blaauw 和他的團隊也必須修改這個過程，以儘可能少地消耗電力。透過開啟無線電天線進行僅持續數十億分之一秒的傳輸突發，計算機可以在不過度消耗能量的情況下讓人們知道它們的存在。“為了讓無線電被聽到，它必須叫喊得非常大聲，”Blaauw 說。“我們基本上所做的是，我們只是短促地尖叫一聲，而不是一直尖叫。”
如果像 Blaauw 這樣的團隊能夠克服技術障礙，微型計算機有一天可能會革命性地改變腫瘤檢測以外的更多領域。例如，從密歇根大學的密歇根微型 Mote (M3) 計劃中剝離出來的公司 CubeWorks 開發了一種網路化微型感測器系統，該系統可以嵌入到我們日常使用的物體中，例如智慧家居系統、風力發電場和監測血糖水平的裝置，然後連線到物聯網 (IoT)。這些計算機由太陽能供電，可以收集有關其環境的溫度和壓力的資訊，以及拍攝數字影像和跟蹤給定區域內的運動。有一天，像這樣的系統可能會改變我們與一切事物的互動方式，從我們居住的建築物到我們穿的衣服。
雖然我們可能仍然無法在人體內發射潛艇，但毫米級計算機很可能在未來十年內上市，並開始對世界產生重大影響。