La crescente potenza di calcolo integrata negli occhiali intelligenti sta trasformando la gestione del calore in uno dei principali limiti progettuali del settore. Processori destinati all’intelligenza artificiale, sensori fotografici, moduli di connettività e sistemi ottici devono operare all’interno di montature leggere, silenziose e abbastanza confortevoli da rimanere a contatto con il viso per molte ore. xMEMS Labs ha sviluppato per questo scenario XMC-1200, una microventola a stato solido con una superficie di 46 millimetri quadrati, abbastanza piccola da poter essere inserita nelle aste di dispositivi AR, XR e occhiali dotati di funzioni AI.
Il chip consuma tipicamente circa 70 milliwatt quando viene utilizzato insieme al circuito di controllo Astra2 e, secondo i dati dell’azienda, può ridurre la temperatura fino a 10 °C in presenza di un carico termico di un watt. I primi campioni ingegneristici sono già disponibili, sotto accordo di riservatezza, per produttori e partner tecnologici qualificati, mentre la preparazione alla produzione è prevista per il quarto trimestre del 2027. Il calendario indica che la tecnologia si trova ancora in una fase iniziale di integrazione e che la sua presenza nei dispositivi commerciali dipenderà dai tempi necessari per progettare e validare nuove montature.
Gli occhiali intelligenti non sono più semplici accessori per registrare immagini o riprodurre audio. Le generazioni più recenti devono sostenere computer vision, traduzione in tempo reale, assistenti multimodali, navigazione e display ad alta risoluzione, attività che richiedono prestazioni continue e producono calore in spazi estremamente ridotti. I tradizionali fogli di grafite, pad termici, diffusori di calore e camere di vapore possono distribuire l’energia termica lungo la struttura, ma non generano un flusso d’aria. In un involucro compatto e protetto da polvere e umidità, il calore può quindi rimanere concentrato attorno ai componenti, provocare una riduzione automatica della frequenza del processore, limitare la durata delle registrazioni, abbassare la luminosità del display o rendere sgradevole la temperatura delle aste.
XMC-1200 non utilizza le pale, i motori e i cuscinetti presenti nelle ventole rotanti convenzionali. Il dispositivo viene prodotto in silicio attraverso la piattaforma piezoMEMS di xMEMS e sfrutta una sottile pellicola piezoelettrica che si espande e si contrae a frequenze ultrasoniche quando riceve tensione. Il movimento aziona membrane microscopiche che generano impulsi d’aria continui attraverso valvole di precisione, indirizzandoli verso il processore, il motore ottico, il sensore o un altro punto nel quale si concentra il calore. L’assenza di parti rotanti permette di contenere lo spessore in circa un millimetro e di ridurre complessità meccanica, rumore percepibile e vibrazioni.
La microventola può produrre un flusso d’aria massimo di 10 centimetri cubi al secondo e una pressione statica fino a 1.100 pascal. La certificazione IP68 la rende resistente all’ingresso di polvere e acqua, una condizione importante per componenti destinati a dispositivi indossabili utilizzati all’aperto e durante l’intera giornata. Il chip non è pensato per sostituire i sistemi passivi già presenti, ma per completarli: il flusso attivo rompe lo strato di aria calda stagnante che si forma attorno al componente e favorisce il trasferimento del calore verso il resto della struttura termica.
Una delle applicazioni principali riguarda i motori luminosi impiegati nei display AR e XR. I microdisplay LED e i sistemi laser possono modificare lunghezza d’onda ed emissione quando la temperatura aumenta, con possibili variazioni cromatiche, riduzione della luminosità e perdita di uniformità durante l’uso prolungato. Un raffreddamento localizzato potrebbe mantenere questi componenti entro un intervallo operativo più stabile, evitando che la qualità dell’immagine diminuisca durante le sessioni più lunghe.
Il secondo ambito è il raffreddamento del processore. Traduzione simultanea, interazione vocale, riconoscimento visivo e inferenza AI eseguita direttamente sul dispositivo non richiedono soltanto brevi picchi di potenza, ma prestazioni sostenute. Quando il margine termico si riduce, il sistema-on-chip abbassa rapidamente la propria frequenza per evitare il surriscaldamento, con un peggioramento della velocità e della continuità del servizio. Un flusso d’aria diretto verso il processore potrebbe mantenere più a lungo le prestazioni previste e consentire l’esecuzione locale di funzioni che altrimenti dovrebbero dipendere maggiormente dallo smartphone o dal cloud.
Problemi analoghi interessano gli occhiali dotati di fotocamere. Sensori ad alta risoluzione, codificatori video e connessioni wireless generano calore contemporaneamente durante la registrazione, limitandone la durata. Il raffreddamento attivo in prossimità di questi componenti potrebbe permettere sessioni più lunghe senza aumentare in modo significativo lo spessore della montatura. Spostare il calore prima che raggiunga la superficie esterna delle aste contribuirebbe inoltre a mantenere una temperatura più confortevole a contatto con la pelle.
XMC-1200 è il componente più piccolo della famiglia µCooling sviluppata da xMEMS. XMC-2400 è destinato ad applicazioni con carichi maggiori, tra cui occhiali XR, unità di archiviazione a stato solido personali e altri sistemi edge AI; raggiunge un flusso d’aria di 28 centimetri cubi al secondo con un consumo tipico di circa 150 milliwatt. Il modello più grande, XMC-4800, è rivolto a smartphone, sistemi di archiviazione per data center e dispositivi che richiedono una ventilazione superiore, arrivando fino a 48 centimetri cubi al secondo con un consumo tipico di circa 240 milliwatt.
La disponibilità di chip di dimensioni e potenze differenti consente ai produttori di scegliere il componente in base allo spazio interno, all’energia disponibile, alla quantità di aria necessaria e alla posizione dei singoli punti caldi. XMC-2400 è già entrato nella produzione di massa e viene utilizzato nelle prime implementazioni della società legate agli occhiali, offrendo una soluzione attuale ai progetti che dispongono di maggiore spazio o devono dissipare carichi termici più elevati. XMC-1200 è invece orientato alle montature più sottili, nelle quali ogni millimetro e ogni milliwatt incidono direttamente sul design finale.
Fondata nel 2018, xMEMS ha applicato inizialmente la propria tecnologia piezoMEMS agli altoparlanti a stato solido per auricolari, cuffie, smartwatch e occhiali. La stessa piattaforma viene ora estesa alla gestione termica, con l’obiettivo di trasferire nel raffreddamento i vantaggi tipici della produzione dei semiconduttori: miniaturizzazione, uniformità, assenza di parti meccaniche tradizionali e possibilità di integrare il componente in dispositivi molto compatti. L’azienda dichiara di possedere oltre 300 brevetti concessi a livello mondiale.
La miniaturizzazione della ventola non risolve tuttavia da sola il problema termico. I produttori dovranno progettare percorsi efficaci per il passaggio dell’aria all’interno di montature che devono rimanere resistenti all’acqua e alla polvere, verificando contemporaneamente l’impatto su autonomia, disposizione dei componenti, prestazioni acustiche, durata e temperatura esterna. Anche un consumo di 70 milliwatt può diventare significativo in dispositivi dotati di batterie molto piccole, per cui il raffreddamento potrebbe essere attivato soltanto durante la registrazione video, l’inferenza AI più impegnativa, l’utilizzo del display alla massima luminosità o altre attività prolungate.
Il controllo dinamico rappresenta uno dei possibili vantaggi rispetto alla sola dissipazione passiva. Gli occhiali intelligenti vengono attualmente progettati attorno a un limite termico rigido, gestito attraverso restrizioni software, carichi intermittenti, luminosità ridotta e frequenze conservative del processore. Una microventola a stato solido permetterebbe invece di rimuovere attivamente il calore nei momenti di maggiore richiesta e di tornare al funzionamento passivo quando il carico diminuisce, contenendo il consumo energetico senza rinunciare completamente alle prestazioni.
Questa impostazione potrebbe sostenere registrazioni più lunghe, immagini più uniformi e funzioni AI capaci di operare continuativamente anziché per brevi intervalli. Il valore della tecnologia non dipenderà però soltanto dalle prestazioni isolate del chip, ma dal comportamento dell’intero dispositivo: geometria delle aste, prese e uscite dell’aria, batteria, software di controllo e distribuzione dei componenti determineranno l’effettiva riduzione della temperatura e il beneficio percepito dall’utente.
La gestione termica sta quindi diventando un elemento determinante nello sviluppo dell’AI indossabile. La capacità di inserire processori più potenti non è sufficiente quando il dispositivo deve rimanere leggero, silenzioso e confortevole. Soluzioni attive in scala millimetrica come XMC-1200 potrebbero modificare il modo in cui vengono progettati gli occhiali intelligenti, consentendo di distribuire la potenza di calcolo in funzione del carico reale anziché limitarla preventivamente per evitare il surriscaldamento.