Такую историю услышишь не каждый день. Эрик Вулдридж – специалист по сложным системам в Госпитале Морриса близ Чикаго. Когда он устанавливал новую машину для МРТ от GE Healthcare, ему начали поступать жалобы на неработающие телефоны. Потом у людей начали глючить Apple Watches.
«Я сразу же подумал о том, что МРТ испускает какое-то электромагнитное излучение, в результате которого у нас может появиться множество проблем». Но ЭМ-импульс вывел бы из строя и медицинское оборудование больницы – а при этом всё работало прекрасно! Он начал изучать этот вопрос, и выяснил, что абсолютно все устройства, пострадавшие в результате этого случая, были сделаны в Apple – при этом телефон на базе ОС Android самого техника прекрасно работал. Кроме того, этот инцидент распространился довольно широко, повлияв на работу 40 различных устройств. Что за чертовщина?
На своём веку я повидал множество странных глюков, но никогда не слышал ни о чём подобном. Как и Эрик. «Устройства вели себя довольно странно. Большая часть полностью вышла из строя. Я подключал их в розетку, и не видел никаких признаков того, что они заряжаются. Другие устройства включались, но у них были проблемы с сотовым сигналом. WiFi работал быстро и чётко, но сотовая связь была через раз».
Тогда он написал пост на Reddit о своей проблеме, и другие сисадмины начали рассуждать на тему того, что эту проблему может вызвать жидкий гелий, используемый для охлаждения МРТ. Он провёл расследование и обнаружил утечку гелия, который затем распространился по зданию.
«Я обнаружил, что утечка гелия произошла, когда новый магнит готовили к охлаждению. За 5 часов улетучилось порядка 120 литров жидкого гелия. У машины был вентиль, который работал, но, вероятно, давал утечку. Комната с МРТ не принадлежит к системе с изолированным отоплением и вентиляцией, поэтому воздух из неё перемешивается с воздухом большей части здания. Мы не знаем, какая часть гелия утекла наружу, а какая попала внутрь. Переходя из жидкого в газообразное состояние, гелий расширяется в 750 раз, так что в итоге у нас было очень много гелия (90 000 литров)». Готов поспорить, что в тот день голоса медсестёр звучали выше!
После первоначального инцидента устройства начали медленно восстанавливаться, но не смогли сделать это полностью. «У нас было несколько ненормально ведущих себя устройств. У одного телефона были серьёзные проблемы с ремонтом, а некоторые умные часы продолжали работать, за исключением проблем с сенсорным экраном (даже через несколько дней после этого)».
Он рассортировал устройства по типу. «Пострадали айфоны версии 6 и выше, а также Apple Watches версии 0 и выше. Нам известно о наличии одного iPhone 5 в здании в тот день, и это на него никак не повлияло. Вопрос был в следующем: что такого случилось, из-за чего сломались только устройства от Apple?»
Это подогрело мой интерес, и я связался с друзьями, работающими на производстве микроэлектромеханических систем (МЭМС). Это одни из самых маленьких механических устройств в мире. В каждом телефоне есть гироскопы и акселерометры с элементами размеров порядка микрометра толщиной. Сначала у меня появилась теория (совпавшая с мнением одного из пользователей Reddit), что молекулы гелия, будучи достаточно маленькими, проникли в эти чипы и стали мешать работе механических частей.
Но у этой идеи есть две проблемы: во-первых, не только в Apple используют МЭМС-гироскопы – они есть в каждом телефоне [не в каждом, но во многих / прим. перев.]. Почему не пострадали телефоны на базе ОС Android? Возможно, в iOS есть баг, из-за которого происходит отказ системы при получении неверных данных от гироскопа? Но ситуация влияла и на Apple Watche, а у них своя собственная система, WatchOS. Кроме того, айфоны версий меньше 6 не пострадали. Маловероятно, что это был новый баг в ПО, влиявший одновременно на iOS и на WatchOS.
Внутри МЭМС-гироскопа iPhone 4
Что ещё могло быть причиной? В сердце каждого электронного устройства находятся часы. Обычно это кварцевые осцилляторы (генераторы), кристаллы, вибрирующие с определённой предсказуемой частотой – обычно 32 кГц. Когда их впервые придумали, это позволило создавать первые кварцевые часы. Теперь эти частотные генераторы находятся в основе любого электронного устройства.
Без часов система замирает. CPU не работает. Часы – это сердцебиение современного устройства.
Но у кварцевых осцилляторов есть определённые проблемы. Они не очень хорошо отсчитывают время при высоких (и низких) температурах, и они имеют относительно большие размеры – порядка 1×3 мм. И в поисках всё более мелких реализаций устройств, компания Apple недавно начала использовать МЭМС-осцилляторы компании SiTime для замены кварцевых компонентов.
МЭМС-акселерометр под электронным микроскопом
Конкретно они используют SiT512, «самый маленький по размеру и энергозатратам осциллятор на 32 кГц в мире». И если какое-то МЭМС-устройство и подвержено действию гелия, это может быть наш виновник!
Отказавший осциллятор похож на описанные Эриком симптомы, воспроизведённые им в эксперименте. «Я поместил iPhone 8 Plus в герметичный пакетик и заполнил его гелием. Это было не очень реалистично, поскольку те айфоны подвергались воздействию меньших концентраций, однако эксперимент всё равно поддерживает идею о том, что гелий может вывести устройство из строя. Я оставил дисплей включённым и запустил таймер. После 8 минут и 20 секунд телефон завис. Ничего безумного не происходит – часы просто останавливаются, и всё. Экран остаётся включённым».
Я смог повторить эксперимент в нашей лаборатории. Мой iPhone 8 продержался порядка 4 минут в гелиевой атмосфере перед тем, Как полностью отключиться.
В инструкции к телефону и часам от Apple сообщается о подобной проблеме:
Нельзя подвергать iPhone воздействию сред, содержащих высокую концентрацию промышленных химикатов, и подносить его к испаряющимся сжиженным газам типа гелия – это можно повредить или ухудшить работу телефона. Если ваше устройство подверглось такому воздействию и демонстрирует такие симптомы, или не включается, его обычно можно восстановить. Оставьте его без подключения к кабелю зарядки и дайте проветриться в течение недели. Гелий должен полностью уйти из устройства, а батарея должна полностью разрядиться. Через неделю подключите устройство напрямую в зарядное устройство и дайте зарядиться в течение часа. Затем телефон можно снова включать.
Водород и гелий чрезвычайно сложно удерживать из-за малого размера их молекул. Судя по всему, SiTime уже достаточно долго работает над этой проблемой. В их FAQ я обнаружил следующее: «Насколько эффективен герметичный корпус МЭМС-осцилляторов?»
На предыдущие поколения резонаторов EpiSeal могли повлиять высокие концентрации газов с мелкими молекулами. Более современные EpiSeal непроницаемы для всех мелкомолекулярных газов. Свяжитесь с SiTime, если вы планируете использовать наше устройство вблизи больших концентраций мелкомолекулярных газов, чтобы мы могли порекомендовать вам подходящую запчасть.
Я заинтересовался, повлияет ли газ на другие типы МЭМС-устройств, и я связался с компанией InvenSense Motion, производящей чип для стабилизации изображения для Pixel 3. Дэвид Альмослино, старший директор по корпоративному маркетингу, подтвердил наличие такой проблемы. Он рассказал мне, что их продукция «может в какой-то мере быть подвержена воздействию гелия. Гелий может просачиваться через соединённые оплавлением подложки и увеличивать давление в полостях. Гелий может временно ухудшить абсолютную точность наших датчиков давления. В гироскопах гелий может привести к разбалансировке, из-за чего осцилляции могут временно прекратиться. В акселерометрах гелий мало чему может навредить. Но все наши продукты должны восстановить работоспособность после того, как их уберут из богатой гелием среды».
Конечно, вы никогда не слышали об этом раньше потому, что подобные ситуации возникают довольно редко. Однако производители кремниевых чипов хорошо знакомы с этой проблемой и делают всё возможное для её минимизации. Дэвид сказал мне, что «утечка гелия – довольно стандартное испытание для МЭМС, которое проводят большинство компаний для оценки герметичности».
Вот в чём всё дело! Молекулы гелия, будто невероятно мелкие песчинки, способны проникнуть в устройство, остановить часы, и временно превратить ваш телефон в пресс-папье.
