💡 Đội ngũ RetroLab nhận thấy đây là một bước tiến công nghệ đột phá, có ý nghĩa to lớn trong việc nâng cao an toàn và hiệu quả của các hoạt động xử lý hạt nhân. Khả năng cung cấp kết nối không dây ổn định trong môi trường khắc nghiệt nhất sẽ thay đổi cách chúng ta tiếp cận các nhiệm vụ nguy hiểm, giảm thiểu rủi ro cho con người và đẩy nhanh quá trình làm sạch.
Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một chip Wi-Fi có khả năng chịu đựng bức xạ cao, mở ra kỷ nguyên mới cho robot dọn dẹp các khu vực hạt nhân mà không bị vướng víu bởi dây cáp truyền thông. Thành tựu này hứa hẹn mang lại sự tự do di chuyển và hiệu quả công việc vượt trội cho các hệ thống robot trong môi trường khắc nghiệt nhất.
Tại Hội nghị Mạch tích hợp Trạng thái Rắn Quốc tế IEEE (ISSCC) diễn ra ở San Francisco vào tháng 2 vừa qua, một nhóm các nhà khoa học đến từ Viện Khoa học Tokyo đã trình làng một bộ thu không dây được “cứng hóa” đặc biệt, có thể chịu đựng phơi nhiễm bức xạ kéo dài. Theo tạp chí IEEE Spectrum, chip này được thiết kế chủ yếu để cho phép robot làm việc trong các khu vực bị nhiễm xạ nhằm mục đích ngừng hoạt động các lò phản ứng hạt nhân.
Các chất bán dẫn thông thường dựa trên silicon được sử dụng cho liên lạc không dây cực kỳ nhạy cảm với sự can thiệp từ bức xạ hạt nhân. Điều này đồng nghĩa với việc robot thường bị giới hạn bởi các cáp vật lý cần thiết để điều khiển chúng. Hạn chế này đã bộc lộ rõ ràng trong quá trình dọn dẹp tại nhà máy điện hạt nhân Fukushima Daiichi sau thảm họa động đất và sóng thần Tohoku năm 2011, khi các nguồn năng lượng dự phòng cần thiết để làm mát nhà máy bị vô hiệu hóa, dẫn đến sự cố tan chảy.
Trong bối cảnh đó, các robot được giao nhiệm vụ dọn dẹp khu vực nhiễm xạ đã phải sử dụng cáp LAN để liên lạc với người điều khiển. Tình trạng dây cáp bị rối đã làm cho hoạt động vốn đã phức tạp lại càng trở nên khó khăn hơn. Việc đơn giản là đặt một chip Wi-Fi thông thường vào lớp chắn chì không phải là giải pháp, bởi vì lớp chắn không chỉ ngăn bức xạ mà còn chặn tín hiệu tần số vô tuyến. Ngay cả việc kết nối một ăng-ten bên ngoài qua cáp cũng không khả thi, vì bản thân ăng-ten cũng sẽ bị ảnh hưởng bởi bức xạ. Đây chính là lý do các nhà nghiên cứu quyết định phát triển một chip thu Wi-Fi được thiết kế đặc biệt để chống chịu bức xạ trong lõi hạt nhân.
Để hiểu rõ mức độ bền bỉ mà chip này cần đạt được, một robot hoạt động trong môi trường lò phản ứng hạt nhân phải chịu một liều bức xạ lên tới 500.000 grays (Gy, đơn vị đo liều bức xạ) trong sáu tháng. So sánh với các thiết bị điện tử lắp đặt trên tàu vũ trụ, chúng chỉ cần chịu được 100 đến 300 Gy trong ba năm. Các nhà nghiên cứu đã đạt được điều này bằng cách giảm số lượng transistor bên trong chip, vì lớp oxide bên trong các chất bán dẫn này rất nhạy cảm với tia gamma. Thay vào đó, họ đã sử dụng các thành phần không có lớp oxide, chẳng hạn như cuộn cảm (inductors).
Đối với các transistor quan trọng không thể thay thế bằng công nghệ khác, nhóm nghiên cứu đã thiết kế cổng của chúng dài và rộng hơn để giảm sự suy giảm do bức xạ gây ra. Đồng thời, họ cũng ưu tiên sử dụng các transistor N-type Metal-Oxide-Semiconductor (NMOS), vốn ít bị hư hại do bức xạ hơn.
Theo kết quả thử nghiệm, khi phơi nhiễm chip “cứng hóa” này với tổng cộng 800 kGy, chỉ có sự suy giảm độ lợi 1.5-dB ở phía bộ thu. Điều này cho thấy chip có thể hoạt động trong thời gian dài trong môi trường bức xạ khắc nghiệt mà không gặp phải suy giảm hiệu suất đáng kể. Hiện tại, nhóm cũng đang nỗ lực chế tạo một bộ phát Wi-Fi có khả năng hoạt động với liều bức xạ lớn, một thách thức khó khăn hơn đáng kể do yêu cầu dòng điện cao để phát tín hiệu.
