@ 2018.11.02 , 10:00

罕见案例:氦气让iPhone“过敏”

这可是个罕见的故事。Erik Wooldridge在芝加哥附近的Morris医院从事系统专家的工作。在安装一套通用电气的医疗核磁共振成像设备时,他接到了一个又一个手机故障的报告。随后,几块Apple Watch也开始罢工了。

“我首先想到的是,肯定是核磁共振设备弄出了某种形式的电磁脉冲,那可就麻烦大了。”但如果真要是电磁脉冲的话,医院里的医疗设备应该也一块儿罢工了才对,但其实它们都老老实实的在干活。于是他开始深入调查,随后发现所有发生故障的全是苹果设备——技术人员的Android手机都安然无恙。而且问题还不小,出问题的手机和智能手表加起来一共有40部。这到底是在搞什么飞机?

我这一辈子什么奇奇怪怪的故障没见过?但还真就没听说过这么奇怪的。Erik也一样。“这些设备的状况都很奇怪,大多数都彻底死透了。即便接上电源也没法充电。而有一些则还能开机,但是似乎连不上蜂窝网络。Wifi倒是没问题,就是移动信号不行。”

他在Reddit的帖子里如是写道。就在回帖里,其他系统管理员推测问题可能和用来给核磁共振设备散热的液氦有关。于是Erik继续查了下去,结果发现当时他所在的那栋楼真的发生了氦气泄露的情况。

“我发现在把新磁铁倾斜下来冷却的时候,发生了氦气泄漏的状况。在5个小时里,一共漏掉了大概120升液氦。核磁共振室没有单独隔离的空调通气系统,所以其实是和医院的其他部门‘共享’空气的。我不知道这120升氦气里,有多少排到了室外,又有多少留在了医院里。液氦在气化成氦气之后,体积大概会膨胀750倍,所以漏掉的液氦大概变成90000升的氦气。”我猜当天护士姐姐们的声调肯定都是高高的了!(因为密度与空气不同,人吸入氦气后音调会变化)

随着时间逐渐过去,那些失灵的苹果设备开始一点点恢复正常,但并不是一点问题都没有。“还是有几部不大正常。事件过去之后,一台iPhone依然有严重的信号问题,有几块Apple Watch手表能开机了,但是触摸屏在几天之后都还不灵。”

他进行了一些分类工作,把有问题的设备分成了几组。“所有出问题的都是iPhone 6之后的机型,而Apple Watch则什么都有。据我所知,当时楼里只有一部iPhone 5,而且也没受到影响。所以问题就来了:到底什么原因导致只有苹果的电子设备才会出毛病?”

罕见案例:氦气让iPhone“过敏”

这事儿撩起了我的兴趣,于是我联系了一些制造硅基“MEMS(Microelectromechanical systems微机电系统)”设备的哥们儿。这些微机电系统是世界上最小的机械设备之一(这里是一张iPhone 4中陀螺仪的显微照片,展示了这种微机电元件的内部)。现在,每个手机里都有几个包括微米级元器件的设备,比如陀螺仪和加速度传感器。起初,我的想法和Reddit回帖中的一些人一样,认为氦原子非常小,小到足以进入这些芯片中,影响这些机械元件的运行。

但这个理论有两个问题:第一,不是只有苹果才在手机里面用包括MEMS的陀螺仪——现如今是个手机里面就有这玩意儿。但为什么Android手机就没事儿呢?也许是因为iOS有一个在陀螺仪数据出问题的时候会拖累整个系统的bug?但是这个bug还得同时影响Apple Watch——这东西可不是iOS系统的,它上面跑的是watchOS。此外,iPhone 6之前的设备也没受到影响。看上去,这是个新的软件bug,同时影响了iOS和watchOS。

那么,除此之外还有可能是哪出了问题?其实,所有电子设备都还有一个关键的核心——时钟。传统上,这个时钟一般都是个晶振(quartz oscillators,石英振荡器),由晶体震动产生固定的频率,通常这个频率是32kHz。这东西一发明出来,就带动了“石英”表的流行。如今,这些频率发生器是每一个电子设备的心脏。

要是没有了这个时钟,所有系统就都歇菜了。CPU什么的全都玩儿完。本质上,这个时钟是现代电子设备们的心跳。

但是晶振本身也有些缺陷。如果温度过高(或者过低),晶振的频率就不那么准了。而且相对来说,晶振的体积也有点大,一般大概1毫米宽,3毫米长的样子。为了把硬件做的越来越小,苹果公司最近开始使用MEMS的时钟/频率发生器,这东西来自于一家名为SiTime的专业公司,来取代传统的晶振。

具体来说,他们用的是一种型号叫SiT512的,“世界上最小、功耗最低的32kHz振荡器”。而如果这些MEMS元件的确容易受到氦气影响,那我们就抓到罪魁祸首了!

振荡器失灵的确会造成Erik遇到的症状,而他甚至做了个实验重现了当时的问题。“我把一台iPhone 8 Plus封进了一个充满氦气的袋子里。现实中其实不是这种状况,毕竟之前罢工的iPhone所暴露的环境中,氦气浓度要低得多。不过,这样的实验依然可以支撑‘氦气会导致iPhone故障’这样的观点。我录了一段视频,开着iPhone的屏幕显示,上面跑了一个秒表。大概8分20秒之后,这部iPhone死机了。什么其他状况都没有。仅仅是屏幕上的秒表不动了,仅此而已。不过屏幕倒是还一直亮着。”

我在自己的实验室中重复了这个实验。在彻底完犊子之前,iPhone 8在充满氦气的环境中坚持了大概4分钟。

当然了,其实苹果公司在给iPhone和Apple Watch配备的用户手册中早就承认了这个问题:

“暴露在高浓度的工业化学品环境中有可能损害iPhone的功能,包括接近蒸发的液化气体,比如氦。…… 如果您的设备因此产生故障的迹象,通常都是可以恢复的。请将设备断开充电电缆,并将设备通风一周。氦气必须完全从设备中散出。在此过程中,电池会完全放空电量。一周后,请将您的设备与电源适配器连接,并充电一小时左右。随后设备将可以再次正常开机。”

众所周知,氦气和氢气的存储都很困难,因为它们的分子都太小了。看起来,SiTime为了解决这个问题下了不少功夫。我在这家公司的常见问题(FAQ)中找到了这么一段:

“MEMS振荡器的气密性如何?

前几代的EpiSeal谐振器可能受到高浓度小分子气体的影响。新型的EpiSeal谐振器则完全不受小分子气体的影响。如果您计划在高浓度的小分子气体环境中使用SiTime设备,请于本公司联系,我们将为您推荐适合该环境的部件。”

我很想知道类似的事情会不会影响其他类型的MEMS设备,所以我与为Pixel 3提供了影像稳定器的InvenSense Motion联系了一下。他们的高级营销主管David Almoslino确认了这个问题。他对我说,他们的设备“在某种程度上对氦气非常敏感。氦气可以穿过用于密封的氧化物粘合剂,造成内部空腔气压上升。在我们的压力传感器中,氦气可能造成精度暂时降低。在我们的陀螺仪传感器中,氦气可能造成偏转量漂移,甚至让谐振器暂时停止工作。至于加速度传感器,氦气可能造成的影响很小。所有InvenSense出品的元件在离开高浓度氦气环境后都可以恢复正常。”

当然了,之所以你没听说过类似的状况,是因为能造成这种故障的环境太罕见了。不过,MEMS设备的制造商们倒是对此心中有数,已经尽可能将问题最小化了。David对我说,“对于大多数生产密闭设备的公司来说,氦气泄露试验基本上都是标准操作了。”

所以,就是这么回事儿了~氦气分子非常小,就像很小很小的沙子一样,能够钻进iPhone里面,造成设备时钟停摆,让你心爱的手机暂时变砖。

本文译自 iFixit.org,由译者 Freez Sun 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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