| 太空宝宝 (一) |
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电子工程师们正在“生育”一类新型太空探测器
1999年10月9日午夜，当吉姆·艾里克森要就寝的时候，他的心思却在5亿公里以外。他还在默默地祈求好运。他所想的是伽利略号——美国航天局金色和黑色相间的宇宙飞船，它正在飞向木星的卫星艾奥(木卫一)——他所担心的是：该飞船正在冲过一个辐射极强的地带，它的电路很可能因此而被破坏，从而使它成为一堆废垃圾。
探测器易受辐射
艾里克森工程师是美国航天局设在加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室的伽利略号项目经理，他深知宇宙飞船的电子装置极易受到宇宙中所常见的强烈辐射和温度骤然变化的破坏。一俟自己的宝贝飞船发射，他们帮不了什么忙，唯一能做的只是祈祷。
然而现在，科学家们已经开始研制这样一些电子设备：它们有朝一日将适应这种极端严酷的环境，而且使达尔文也会感到自豪。在面临绝境的情况下，这类设备能够产生生物式的变异，适应环境，最终再次形成十分强健的电路。科学家们甚至正在模仿生命的一些最基本的结构——细胞、基因，甚至整个生物体——以创造能够自我复制和痊愈的硬件。其结果看来不大像电子工程，而更像脱颖而出的物种，十分理想地适应于探索深海或者太阳系环境最为严酷的地区。
这类物种的最早祖先，出现在上个世纪90年代中期胡乱堆放在实验室长凳上的电子器件之中。当时研究人员正开始对“现场可编程门阵列”(FPGA)进行试验。它们由一组逻辑门组成——其中每一个都是利用几十个晶体管制成——相互之间由开关连接。由于工程师们能够选择哪些开关是开着的或关闭的，所以他们能够控制电路中逻辑门的连接方式，随心所欲地改装这一系统，以创造各种各样的简单电子装置。
基因算法加快设计速度
由于软件决定哪些开关是开着的哪些是关着的，所以工程师们甚至能够把控制权交给一种特殊的程序，称作“基因算法”。它把开关的状态编成码，即一系列的1和0——分别代表开着的和关着的开关。这样一来，它便能够把这些二进位制的数码串用做“基因材料”，添加一些突变，或者把不同的串结合起来以创造一系列新的电路，其做法很像生物通过改变脱氧核糖核酸来实现进化。然后，便参照一个理想的结果对这些电路进行测试，将其中最好电路的“基因”反馈到基因算法中去，以使进化得以继续。
研究人员已经发现，通过把FPGA和基因算法相结合，它们能够使电路的设计速度显著加快。同人类设计师所使用的组件数量相比，甚至只采用不到十分之一的组件，就能够创制电子装置。
模拟电路至关重要
然而，FPGA并不适用于设计宇宙飞船电子设备，因为它们只可用来制造数字电路，而不是太空探索所必需的传感器所含有的那种模拟电路。喷气推进实验室的电子工程师斯托伊卡说：“模拟电路是宇宙飞船电子设备的一个至关重要的组成部分。”例如，模拟电子设备对红外线传感和高频率通信尤为重要。斯托伊卡说，利用模拟电路对信息进行处理，然后再把信息转换成数字数据，这样做使效率提高，而且一般模拟系统所消耗的电力比数字式系统少。
因此，1998年斯托伊卡开始搞一个项目，即创造FPGA的一个灵活的变体，他称之为“现场可编程晶体管阵列(PPTA)”。他的FPTA是一个多细胞系统，其中每个细胞都是一个包含24个可编程开关和一个8晶体管阵列的芯片，而不是像FPGA中那样的几十个晶体管。在其开关被编程之后，PPTA成为适用于所有种类的模拟电路和数字电路的绝好的构成材料。 |
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