Elektronikk kalles av mange bare teknologi. Men det meste innen lys og lyd er elektronikk – et av mange eksempler på teknologi. Teknologi er et samlebegrep – elektronikk er et fagområde. Og bilens hjerne er et mesterverk.
Bildet øverst: Når terrengbiler utvikles (i dyp hemmelighet …) er det ofte effektiv fuzzy-logic styring i girkasse og motor. (Foto: Landrover)
Av Stein Bekkevold
Det som styrer DAB-radio og pekeskjerm er elektronikk. Elektronikk er et teknisk fag om transistorer på brett – med motstander, kondensatorer, dioder, etc., som starter og styrer hendelser. Jobben kan være passiv (varsling) eller aktiv (styring). Elektronikk lager og styrer analoge og digitale signaler, og samhandler. Datamaskiner driver snart hele verden og kalles AI, eller KI – Kunstig Intelligens …
Mikroelektronikk
Moderne elektronikk ble mulig med transistoren – halvlederen – i 1948. Bak sto US-forskerne Bardeen, Brattain og Shockley. De fikk Nobels fysikkpris i 1956. Før gjorde mekaniske regnemaskiner og radiorør (vakuumrør) jobben. Halvlederen driver nå nesten alt.
Det meste er mikroelektronikk. Alt basert på halvledere er digital elektronikk – upresist kalt bare teknologi. Datakretser har to elektriske verdier, på eller av (en eller null).
Mikroelektronikk er utvikling, produksjon og bruk av slike ørsmå kretser. De har mange tusen transistorer og annet av mikrostørrelse – satt på en brikke av halvleder-materiale (ultra-ren silisium/integrerte kretser) – sammen med andre enheter (hybrider).
Dette er moderne elektronikk (kalt teknologi) – hovedkortet i en moderne bil – full av store og små datamaskiner – et underverk. (Foto: Intel)
Maskinhjerne
Datamaskiner har maskinvare og språk, instrukser. Det fantes logikkfamilier (programmer) som TTL og NMOS, i dag er mye styrt av CMOS, Complementary MOS – MOS er metalloksid halvleder, de bærer instruksjonene og kjører kommandoene.
CMOS er felteffekttransistorer. De danner enheter som dataporter og multipleksere. Disse bygges sammen og blir registre, tellere og aritmetiske (regne-) enheter. På toppen sitter mikromaskiner og «intelligente» følere, sensorer – kalt Store Mor ….
Uskarp logikk
Viktig i utviklingen var at transistorstørrelsen sank fra sukkerbit til nålehode, og at det kom store kretser (VLSI, very large scale integration). Og prisen er kraftig redusert. Med økt ytelse, små dimensjoner og lav pris, er det fristende å bruke dette til nesten alt. Men teknikken passer best til tunge bilprosesser som antiskrens og antispinn, motor- og girkassestyring, og smarte sikkerhetssystem. Utstyret er komplisert fordi det ofte bruker matematisk iterering, og regner tusenvis av ganger for å få godt resultat. Før ble det brukt uskarp logikk (fuzzy logic).
Så det er minimalt med avansert elektronikk som gir ungene baksetemoro via pekeskjerm – og slår på viskerne når det småregner. Selv om reklame og media stadig kaller dingsene for teknologi.
Fuzzy logic
Mange dataprosesser – også i bil – hadde uskarpe regler, fuzzy logic (FL). Det hele startet i 1980 i Japan (Mitsubishi) med datastyring av tog og klimaanlegg. Poenget var å styre alt i en lukket sløyfe.
Maskinen kjører konstant ørsmå justeringer med minimalt pådrag – med senket energiforbruk. Og mindre slitasje. Datamaskinen sjekker innstilte verdier mot målte og finjusterer i ett kjør. FL bruker menneskelige definisjoner som: Fullt pådrag, nesten fullt, halvt, en god del, lite, ganske lite og null, uttrykt i verdier fra 1 (fullt/helt sant) til null (intet/usant). Tallverdien 0,5 er altså midt på. Slik kan innsprøytning, giring, fartskontroll og andre prosesser styres med FL.
FL i det meste
FL finnes i prosesstyring der du i den ene enden tilfører energi og vann/råstoff, og i den andre måler resultatet og styrer alt.
Nye renseanlegg bruker FL for å få drikkevann uten ekstra forbruk av kjemikalier og strøm, papirfabrikker og prosess-anlegg styres med FL. Nye helikoptre og skip bruker FL, flytrafikk drives og overvåkes med FL.
Tidlig varsling av jordskjelv skal i Japan skje med FL. Kampfly har lenge brukt FL. Sivile fly som Boeing og Airbus (Fly By Wire) bruker også FL. Og blir det noe av selvkjørende biler blir de fulle av FL. Alt startet midt på 1800-tallet, da professor G Boole kom med en matematikk som beskrev faktorer med verbale størrelser – slik folk uttrykker seg, der NULL var Helt usant mens EN var Helt sant.
Boole jobbet fra 1849 ved Queen’s College i Cork. Hans mattebøker er flittig brukt. Den første het An Investigation of the Laws of Thought (1854). Her ga han oss boolsk algebra.
På 1920-tallet ble dette fanget opp av ingeniører som videreutviklet det. Og så oppdaget japanerne FL – Honda kom med FL-styrt automatkasse – den holdt giret stille og motorbremset i nedoverbakke, en sensasjon. Hjemme har du nok FL i den nye vaskemaskinen og støvsugeren…
Batteriene da?
Litium-varianten anses av enkelte forskere å være for svake for bilens levetid. De er dyre, tar tid å lade og trenger eget utstyr for å lade raskere, og holdbarheten er så som så.
Men det er en lysning i skogen: Forskere ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) jobber med prosjekt Batteri – energinivå og levetid. Det de studerer ser du ikke i dagens el- og hybridbiler. De er av den smartere typen, med elektroder av litiumjernfosfat – LiFeP4(Ford har dem alt).
Ved opplading oppstår en faststoffsone mellom Li-rike og Li-fattige områder. Sonen har fysikere spådd skulle finnes, og nå har de funnet den. I supermikroskop type TEM (transmisjons-elektronmikroskop). Det underlige er at slike krystaller egentlig har svært dårlig ledningsevne. Men – når partiklene er dopet og dekket av karbonatomer, virker de perfekt.
Dette er mystisk mikrofysikk. Området blir en metastabil og tilfeldig faststoffsone medekstrem lagrings-og ledningsevne. Poenget er å dope litium slik at stoffet blir mer effektivt. Og det kan dessuten komme batterier som er flate, tynne kondensatorer, med en plate på hver side av elektrolytten. Alt dette er hysj-hysj – det lages jo fortsatt hundretusener av litium-ion batterier som de må få solgt først…
