Ur spår – här kommer neutronerna

Med min bakgrund inom rymdfysik betraktar jag Internet of Things med skräckblandad förtjusning. Bilar, hus, kylskåp, belysning, hundar och katter ska kopplas upp. Tyvärr konstrueras många av dagens tekniska system av komponenter som inte håller måttet och bland beslutsfattarna saknas rätt kunskap.

Solen spyr ut mängder av partiklar mot jorden och vårt magnetfält gör att de drar sig mot polerna. Fenomenet kan ibland beskådas i de norra delarna av landet – aurora borealis, eller norrsken. Det är inte bara solens partiklar som härjar i atmosfären utan även kosmisk strålning i form av exempelvis järnatomer. De brakar in mot jorden i våldsamma hastigheter och när de reagerar med molekyler i atmosfären frigörs ett neutronflöde som når hela vägen ner till jordytan.

Neutronerna går obehindrat igenom träd, stenar, byggnader, husdjur och människor. Mätningar som vi har utfört i Svedberglaboratoriet på Uppsala universitet visar att omkring 24-29 neutroner per sekund passerar igenom våra egna kroppar.

Vältrafikerat med neutroner alltså, och det innebär också att våra tekniska system utsätts för strålning. Neutronerna kan orsaka ”bit flips”, minnesfel där en etta blir en nolla eller tvärtom. Med lite otur träffas en transistor och hela system kortsluts. Risken att elektronisk utrustning ska slås ut av neutroner är dock relativt låg – vi har ju faktiskt en hel del datorer, köksmaskiner, industrirobotar, klockor och annat som fungerar utan problem.

Men så var det då Internet of Things. Beräkningar visar att det kommer finnas 20 miljarder uppkopplade prylar år 2020. 20 miljarder prylar multiplicerat med en relativt låg risk ger ändå ett stort problem. Med de typiska komponenter som används i dagens utveckling av Internet of Things kan vi förvänta oss 600 000 allvarliga processorfel och 2 miljarder minnesfel – samtidigt och konstant.

Enkla räkneexempel visar att dagens tekniska system inte är tillförlitliga. En stor utmaning för framtidens automationsindustri, med Internet of Things och ökad digitalisering, är att skydda systemen mot strålning. Hur är det då möjligt att förstå problematiken och skapa sig en bild av nuläget? Ett bra sätt är att låta testa sin elektronik genom att utsätta den för konstgjord neutronstrålning. Resultatet blir en sannolikhetsberäkning – hur stor risk är det att mitt system drabbas av bit flips och kortslutningar?

Inom rymdtekniken, och även inom kärnkraften och flygindustrin, är problematiken känd och tekniska system designas för att klara strålning. En vanlig metod är trippelvotering, där en viss storhet mäts av tre sensorer och de två värden som ligger närmast varandra används. Med hjälp av några enkla tumregler och bra planering är det möjligt att bygga robusta system utan att kostnaderna sticker iväg.

Nu krävs det en kompetenshöjning kring dessa frågor i hela automationsindustrin. Automation Region erbjuder en utmärkt miljö för kunskapsdelning mellan företag, men också mellan industri, akademi och det övriga samhället. Vid Automation Regions årsmöte den 6 mars kommer jag berätta mer om rymdstrålning, visa bilder och bjuda på rafflande räkneexempel. Jag hoppas att vi ses då!

Fredrik Bruhn
Adjungerad professor på Mälardalens högskola, grundare av Bruhnspace AB och styrelseledamot i Automation Region