IMiO znaczy Innowacyjni – przeczytaj wywiad z prof. Pleskaczem i prof. Piramidowiczem!

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki WEiTI otrzymał Polską Nagrodę Innowacyjności 2016, a projekt BioSoC zyskuje coraz większą popularność w świecie nauki i w mediach. To tylko dwa spośród wielu osiągnięć, jakie odnotowano w jednym z Instytutów naszego Wydziału. Prof. Witold Pleskacz i Prof. Ryszard Piramidowicz opowiadają o niezwykłym miejscu, w którym rodzą się innowacyjne pomysły! Zachęcamy do lektury wywiadu!

 

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki otrzymał Polską Nagrodę Innowacyjności 2016 w za wdrażanie innowacyjnych rozwiązań, a w szczególności za projekt GNSS dotyczący układu scalonego dla systemu nawigacji satelitarnej – Global Navigation Satelite System. Co było pierwsze – system nawigacyjny czy BioSoC?

 

Prof. Witold Pleskacz: Chronologicznie rzecz biorąc najpierw zajmowaliśmy się systemami nawigacyjnymi. Potem był BioSoC.  Przy okazji obu projektów były opracowywane dedykowane mikroprocesory.

 

Jak zaczęła się przygoda z systemem nawigacyjnym?

W.P.: Zgłosił się do mnie dyplomant, który chciał zrobić urządzenie w postaci rozbudowanego systemu elektronicznego służące do nadzorowania dzieci. Pierwotnie miało mieć formę niewielkiego pudełka. Ale czemu dziecko miałoby chodzić z pudełkiem, skoro w naszym Instytucie projektowane są układy scalone? Można przecież zrobić dużo mniejszy, nowoczesny odbiornik służący do lokalizacji. Same prace nad projektem współfinansowanym przez NCBiR trwały od 2009 do września 2014 roku.

  

Wiemy, że kluczowym elementem projektu jest procesor nawigacyjny. Czym on tak naprawdę jest?

W.P.: Procesor nawigacyjny jest to specjalny rodzaj dedykowanego mikroprocesora, który oprócz standardowej listy rozkazów – jaka zazwyczaj występuje w systemach mikroprocesorowych ogólnego przeznaczenia – ma dodatkowe rozszerzenie listy rozkazów, które sprawia, że dane nawigacyjne mogą być przetwarzane w postaci sprzętu wspomaganego oprogramowaniem, a nie samego oprogramowania. W przypadku projektowania systemów elektronicznych sterowanych oprogramowaniem wbudowanym zawsze pojawia się problem podziału: co zostanie zrealizowane za pomocą oprogramowania (software), a co w postaci dedykowanych bloków sprzętowych (hardware). Uniwersalny procesor – ogólnego przeznaczenia – oczywiście wszystko policzy, ale będzie to bardziej czasochłonne i energochłonne. Dlatego postawiliśmy na sprzęt.

  

  

Na pierwszy rzut oka widać, że opracowany przez Państwa procesor nawigacyjny jest wyjątkowy. Co dokładnie go wyróżnia?

W.P.:  Oprócz wspominanych już instrukcji nawigacyjnych , które niewątpliwie są tutaj wyróżnikiem, zależało nam, aby nasz procesor miał charakter aplikacyjny i mógł zostać wykorzystany do komunikacji z użytkownikiem (np. wizualizacja pozycji na wyświetlaczu, wprowadzanie danych z klawiatury czy komunikacja ze smartfonem). Opracowany przez nas system ma docelowo odbierać sygnały z dwóch systemów satelitarnych – GPS (system amerykański) oraz Galileo (system europejski). Z założenia ma odbierać sygnały z wielu satelitów (nawet  do kilkunastu!). Musi przy tym wybrać dobrej jakości sygnał , aby uzyskać jak najlepszą dokładność określenia pozycji. W czasie rzeczywistym musi również szybko dokonać wielu obliczeń. Odbieramy dane z dwóch systemów i dwóch częstotliwości.  Dzięki temu możliwe będzie bardzo dokładne określenie położenia – nawet z dokładnością ok. 20 cm. Według mojej wiedzy do tej pory nie ma drugiego odbiornika, który posiadałby takie cechy.

 

 

Na jakie potrzeby współczesności odpowiada ten wynalazek?

Prof. Ryszard Piramidowicz:  Na wiele potrzeb – przede wszystkim może dostarczać precyzyjną informację o lokalizacji wszelkich obiektów poruszających  się (jak np. samoloty, statki, samochody, drony itp.) i nie tylko dla nich. Żyjemy w czasach, gdzie bardzo wiele urządzeń jest wyposażanych w system nawigacyjny, więc zakres zastosowań sukcesywnie będzie się poszerzał.  Inteligentne miasto, inteligentne budynki , czy cały „Internet rzeczy” – wiele z tych "inteligentnych" podzespołów będzie potrzebowała  lokalizacji przestrzennej zapewnianej właśnie przez systemy nawigacyjne. Ogranicza nas tylko wyobraźnia.

 

 

W.P.: Mówiąc o praktycznych zastosowaniach mamy na myśli na przykład nawigację samolotów ultralekkich czy monitorowanie taboru kolejowego. Nasz system nawigacyjny określa nie tylko współrzędne geograficzne, ale również wysokość nad poziomem morza. Jest też pomysł, aby za jego pomocą monitorować poziom wód w rzekach i sygnalizować zagrożenia powodziowe odpowiednio wcześniej! Innym przykładem jest precyzyjne rolnictwo – to już się dzieje! – dzięki naszemu rozwiązaniu maszyny mogłyby siać w taki sposób, aby uniknąć  zarówno luk jak i marnowania materiału siewnego.

 

Ale chyba mówimy o bardzo kosztownych rozwiązaniach?

W.P.: Są różne odbiorniki nawigacji satelitarnej. Z jednej strony widzimy te popularne w telefonach czy samochodach, gdzie dokładność wynosi kilkanaście-kilkadziesiąt metrów i które są względnie tanie.  Z drugiej strony mamy profesjonalne i wysokoprecyzyjne odbiorniki  nawigacji satelitarnej używane na przykład w systemach geodezyjnych,  które są już produktem ekskluzywnym. W naszym Instytucie chcemy znaleźć złoty środek – osiągnąć wysoką precyzję i przystępną cenę. Produkt powinien być mały, wygodny w użytkowaniu i dostosowany do urządzeń przenośnych. (fot. prof. W. Pleskacz)

  

 

Nieśmiało zapytam o perspektywy wdrożenia tych rozwiązań…

R.P.:  Z radością obserwujemy spore i wciąż rosnące zainteresowanie tym produktem. Na szczęście od kilku lat udaje się docierać do partnerów przemysłowych z efektywną informacją. Ale, podobnie jak większość zespołów naukowych w Polsce, jesteśmy ciągle na etapie przełamywania bariery nieufności w relacji nauka – biznes.

  

Jednym z Państwa osiągnięć jest BioSoC, który ma szerokie zastosowanie w medycynie. Na pierwszy rzut oka nie ma związku między medycyną a systemem nawigacji satelitarnej, jednak…

R.P.: To tylko pierwsze wrażenie. Wyobraźmy sobie żołnierza, którego strój jest wyposażony w procesor monitorujący jego parametry życiowe  i  procesor nawigacyjny. Dzięki temu jego dowódca wie nie tylko, w jakim stanie fizycznym i psychicznym jest żołnierz, ale także może z wielką dokładnością określić jego położenie. To samo może dotyczyć pilota samolotu, kierowcy tira czy pacjenta w szpitalu. (fot. prof. R. Piramidowicz)

 

 

 

W.P.: Nie zapominajmy też o podobieństwie od strony technicznej – oba systemy łączy seria dedykowanych „skrojonych na miarę” mikroprocesorów, które tymi systemami biomedycznymi i nawigacyjnymi sterują.

  

Wyjątkowe rozwiązania powstają w wyjątkowych miejscach. Takim z pewnością jest Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszawskiej.

W.P.: O wyjątkowości naszego Instytutu świadczy chociażby to, że w ramach zespołu robimy to, do czego w innych krajach powoływane są całe zakłady lub instytuty. Jako nauczyciel akademicki jestem dumny, że w przedsięwzięciach tak wielkiej wagi brali udział doktoranci i magistranci.

 

Czyli kto konkretnie?

W.P.: Znaleźliśmy paru takich zapaleńców w 2008/2009. Chcieli kontynuować naukę w ramach doktoratu.  A że traktujemy naszych studentów jak „naukowe dzieci” – nie bez powodu nasz Instytut jest nazywany wśród studentów Instytutem Matki i Ojca – to zaspokojenie ich ambicji naukowo-badawczych było dla nas sprawą priorytetową. W zespole każdy miał swoje zadanie. Wszyscy członkowie zespołu włożyli w projekt ogrom pracy, a końcowym efektem ich wysiłku były wyróżniane prace magisterskie i doktorskie. Trzeba tu wymienić między innymi: dr. inż. Tomasza Borejko, dr. inż. Krzysztofa Marcinka czy  dr. inż. Krzysztofa Siwca czy dr. inż. Arkadiusza Łuczyka.

  

Czyli Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki nie narzeka na brak znakomitych  studentów?

R.P: Mamy bardzo wielu bardzo dobrych studentów. Staramy się też,aby nasi studenci (oczywiście jeśli zechcą) od początku byli mocno angażowani w prace badawcze Instytutu. Nie tworzymy prac dyplomowych na półkę, ale wspólnie z nimi przygotowujemy rozwiązania o ściśle aplikacyjnym charakterze. Tym samym nasi studenci otrzymują wykształcenie, które jest dobrze zakorzenione w realiach otaczającego świata technicznego. Mają podstawową wiedzę o projektowaniu nawet skomplikowanych układów i jednocześnie znają podstawy fizyczne ich działania. Jest to formacja inżynierska w pełnym znaczeniu tego słowa. Znajomość fundamentów – a tym jest elektronika i fotonika dla świata technologii informacyjnych –  daje im znaczącą przewagę rynkową. Nasz student różni się od pozostałych tym, że oprócz wiedzy o programowaniu nasz student potrafi zbudować laser, zaprojektować płytkę drukowaną, a nawet układ scalony.

  

Miejsce dla bardzo zdolnych ludzi?

W.P.: Oczywiście, ale nie tylko. Zawsze powtarzam, że „nie święci garnki lepią”. W naszej  dziedzinie nie trzeba być geniuszem na miarę Einsteina, żeby projektować układy scalone ASIC czy ASPIC – oprócz podstawowych zdolności trzeba zwyczajnie wykazać się pracowitością. To oczywiste, że zdobywanie interdyscyplinarnej wiedzy odbywa się w pocie czoła:  trzeba spędzić wiele godzin w laboratoriach, ciężko pogodzić studia z pracą zawodową. To są trudne i momentami niewdzięczne studia.  Ale jesteśmy tutaj też po to, żeby obudzić w młodym człowieku pasję.

 

 

Możliwości rozwoju, dobre perspektywy pracy. A jednak popularniejsze wydają się takie kierunki jak informatyka…

W.P.:  Nie będę oceniał, co jest lepsze, a co gorsze. Relacja naszej dziedziny i informatyki ma się tak jak relacja ciała do duszy. Ciałem dla sprzętu są mikroelektronika i fotonika. Informatyka jest natomiast duszą, która tym wszystkim kieruje. Jeśli pójdziemy  bardziej w kierunku rozwoju informatyki zbliżymy się do świata wirtualnego, a my przecież żyjemy w świecie rzeczywistym!

  

Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki jest wyjątkowy nie tylko ze względu na swoich zdolnych studentów i wybitnych pracowników. Jego oferta też jest wyjątkowa…

R.P.: To prawda. Nasze laboratoria są obecnie wyposażone na najwyższym światowym poziomie, a to pozwala nam budować wyjątkową ofertę dla naszych studentów. Co nas wyróżnia:

Cleanroom oferujący dostęp do zaawansowanych technologii mikroelektroniki i nanoelektroniki krzemowej. Nie jest duży, ale jako jedyny w Polsce znajduje się na uczelni i studenci mają do niego regularny dostęp w ramach zajęć. Bez naszego cleanroomu i jego zespołu nie byłoby potencjału do zaprojektowania CEZAMATu, który został został stworzony właśnie przez naukowców z Instytutu Mikroelektroniki i Optoelektroniki. W naszym cleanroomie zajmujemy się strukturami o charakterze eksperymentalnym. Nie badamy tu dobrze znanych rozwiązań, ale szukamy niestandardowych np. wytworzonych w technologii fotoniki krzemowej.

Mamy grupę, która zajmuje się projektowaniem układów scalonych do zastosowań specjalnych takich jak medycyna, techniki kosmiczne, sprzęt wojskowy lub lotniczy. W IMiO układy scalone możemy i, co ważniejsze, potrafimy skroić na miarę. W odróżnieniu od wielkich manufaktur półprzewodnikowych jesteśmy małym warsztatem krawieckim dla wymagających klientów. 

Laboratorium systemów obrazowania, w którym jesteśmy w stanie analizować, przetwarzać, wyciągać informację z obrazów w zakresie promieniowania – od ultrafioletowego do terahercowego. Zakres jest unikatowy – mało kto dysponuje infrastrukturą umożliwiającą pomiary w tak szerokim spektrum! Od strony praktycznej mowa tu o wszystkich systemach monitoringu lub rozpoznawania twarzy

Laboratorium fotoniki światłowodowej to świetnie wyposażone, modelowe laboratorium umożliwiające charakteryzację absolutnie wszystkich komponentów aktywnych i pasywnych nowoczesnych sieci światłowodowych. Możemy także projektować własne rozwiązania. Co jeszcze robimy w laboratorium? Projektujemy, konstruujemy i badamy między innymi nowe wzmacniacze optyczne, lasery światłowodowe, zajmujemy się również technologiami przetwarzania termicznego światłowodów do zastosowań specjalnych.

Laboratorium projektowania i charakteryzacji układów fotoniki scalonej to jedyne takie laboratorium w Europie Środkowo-Wschodniej. Projektujemy i charakteryzujemy układy, które są uzupełnieniem i rozwinięciem klasycznych układów elektroniki scalonej. Nośnikiem informacji w układach fotoniki scalonej nie jest elektron, ale foton, co daje zupełnie nową jakość w przetwarzaniu i przesyłaniu informacji wewnątrz takiego układu i jednocześnie pozwala na niewiarygodną miniaturyzację. Spektakularnym przykładem jest system telekomunikacyjny z zestawem nadajników wielokanałowych, który w postaci "klasycznej" ma rozmiary sporej szafy, a wykonany w technologii fotoniki scalonej zmieści się łatwo w pudełku od zapałek. 

 

Zachęcamy więc do dołączenia do społeczności studentów Instytutu Mikroelektroniki i Optoelektroniki! To ambitny cel…

W.P: Korzenie nauki są gorzkie, ale owoce są słodkie. Po naszej specjalności te owoce są nawet bardzo słodkie! I gwarantujemy, że nasi studenci nie zanudzą się do śmierci. I są bezwzględnie skazani na ciekawe życie zawodowe.

 

>>ZOBACZ STRONĘ INTERNETOWĄ IMiO!