战争芯片：比肩因特网的发明

五角大楼的国防高级研究计划署(Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA)已成功研制出了微型冷却仪、纳米质谱仪及芯片原子钟等多种微型设备。它们不仅会成为未来战场上的秘密武器，还将为人类生活带来巨大的改变，其意义也许不逊于因特网的革命性发明。

英国《卫报》的报道称，根据DARPA的计划，新一代便携设备和机器人的所有组件都会被浓缩成一张芯片，以便随时植入导航系统、雷达感应器、低温冷却系统以及微型动力装置。传感器、质谱仪等实验室设备亦将变身为“火柴盒大小”的便携式电子包裹。

40年前，英特尔公司创始人之一的戈登·摩尔(Gordon Moore)预言处理器成本每两年便会减半，相应地，电脑设备的体积会不断缩小，功能则会越来越强大。如今，摩尔定律同样适用于其他领域。微机电系统的发展早已为“微型实验室”(lab-on-a-chip)的兴起铺平了道路。早在上世纪90年代，“微型实验室”便得到了DARPA的大力支持。如今其实验纪录正不断被刷新，各种纳米版的新设备亦相继问世。例如，超导电路和红外传感器之类的电子产品需要一个庞大的冷却系统来维持低温环境，而微型冷却仪不仅大大降低了能耗，还可以对设备进行精确的对点冷却。其关键即在于所谓的“微机热绝缘结构”——一种以金属铋为原料的深度冷冻仪，只需通电便可引发用于降温的热电效应。它可以使约4立方厘米的空间温度迅速降至零下200摄氏度，耗电仅为0.1瓦。

另一些纳米仪器则有着特殊用途。例如，实验室中通常使用水泵来运输气体或液体，但它们往往无法满足大型探测器和辐射热测量仪所需的真空条件。为此，实验室开发了芯片级的微型真空泵，它可以产生百万分之一的低压。此外，研究者还利用微型成像传感器开发出了仅重10克的芯片级红外摄像机，它主要适用于无人驾驶飞机和夜视镜。

不过，大部分发明的应用并不仅限于军事领域，其商业前景亦被众人看好。如芯片级原子钟、雷达、气体分析仪、光子仪器和其他传感器等。其中微型原子传感器不过芯片大小，分辨率却毫不逊于标准产品，用途更是异常广泛。鉴于其兼容性较强，人们可以将其插入各种设备，即时测量温度、气压、磁场等各种环境因素。

近年来，生物恐怖主义的威胁使得DARPA开始将注意力转移到芯片分析工具的研发上来。据格拉斯哥大学生物工程教授乔恩·库珀(Jon Cooper)介绍，研究人员已在DNA分析技术——快速聚合酶链反应(PCR)等方面取得了突破。这一技术不仅可用于检测生物武器，维护国家安全，还可用于传染病的诊断。

不仅如此，DARPA还打算开发带有微型发电装置的热力发动机以及能够从周围环境中收集能量的设备。如微型原子电池“同位素动力源”体积不足1立方厘米，功率达35毫瓦。充电时只需将芯片插入墙上的插座即可。对于士兵来说，这类仪器可以代替他们进入无人涉足的危险领域。

不过，库珀亦指出，“微型实验室”实质上是一种受益于纳米技术的分析系统，在很多情况下它都无法独立作业，而是需要植入主机系统。美国南安普敦海洋学中心的马特·莫伦(Matt Mowlem)对此表示赞同，建设独立的纳米系统仍有诸多难题尚未解决：如集成系统的工程问题、芯片与片外系统、包装系统、支持系统之间的互连问题等。

尽管如此，实现芯片仪器的自我控制仍是DARPA的重要目标之一。在计划书中，它提出要开发“火柴盒大小、高度集成的仪器和微型系统架构”，尤其是“低功耗、体积小、重量轻的微型传感器、微型机器人和微型通信系统”。换言之，他们致力于将“电子、机械、流体、光子和无线电/微波技术”融合在一张小小的芯片上。