Texas A&M descobre novo elemento de circuito: o memindutor

Pesquisadores da Texas A&M demonstraram recentemente a "memindutância", formando a base de um novo elemento de circuito: o memindutor. Pesquisadores anteriores demonstraram memresistência e memcapacitância, tornando a contribuição da Texas A&M um grande salto na comunidade científica.

As variações "mem" dos elementos básicos do circuito, embora possam não ser comuns em breadboards para amadores, demonstraram utilidade considerável em aplicações de computação e AI/ML. O memristor é indiscutivelmente o mais comum hoje devido à sua descoberta anterior (2008 versus 2019 para memcapacitores). Mas quanto mais se entende sobre os componentes, sua utilidade pode crescer exponencialmente.

Neste artigo, vamos destacar a pesquisa da Texas A&M para mostrar aos designers como o comportamento memindutivo foi descoberto. Também discutiremos como a trindade completa de dispositivos "mem" pode ser útil no futuro.

O prefixo "mem" indica que um elemento de circuito incorpora alguma forma de memória. E embora a memória não seja do tipo de acesso aleatório ou somente leitura, ela permite que propriedades exclusivas sejam aproveitadas em aplicativos emergentes.

Memristors, por exemplo, têm visto uma infinidade de usos em pesquisas recentes. Em um desses exemplos, memristores foram usados ​​para processamento de imagem inspirado no reconhecimento de padrões de mamíferos. Dispositivos memristivos também foram usados ​​para realizar arquiteturas de computação em memória, onde um processador central não realiza mais cálculos graças à variabilidade na resistência do dispositivo.

Em termos simples, os dispositivos "mem" demonstram características (resistência, capacitância, indutância) que podem mudar dependendo de seu estado anterior. Dessa forma, o elemento possui "memória", diferenciando-o dos dispositivos não-mem que são independentes de estados anteriores.

Embora o memindutor tenha sido teorizado por algum tempo, a prova definitiva de um verdadeiro dispositivo de dois terminais ainda não foi observada antes das recentes descobertas do grupo Texas A&M. Isso ocorre porque a resistência em série obscurece efetivamente as propriedades memindutoras, especialmente em baixas frequências, quando o efeito desejado é mais forte.

Para anular os efeitos da resistência em série, o grupo adotou uma técnica inteligente que efetivamente subtraiu os efeitos da resistência em série na operação do dispositivo para isolar os efeitos da memindutância. Como a resistência pode ser prontamente medida e, idealmente, não muda com a frequência, isso torna o trabalho de se concentrar na memindutância quase trivial.

Para criar um memindutor experimental, o grupo da Texas A&M precisava de um mecanismo que modificasse passivamente a indutância em relação à corrente aplicada. A equipe colocou uma bobina enrolada a ar em uma haste que continha parcialmente um material ferromagnético entre dois ímãs. Nesta configuração [GIF vinculado], conforme a corrente através da bobina mudava, a bobina se movia em relação à haste ferromagnética, alterando a indutância.

Os resultados da configuração experimental (mostrados em Informações Suplementares no artigo) demonstram que, subtraindo o conhecido efeito da resistência em série, as propriedades memindutivas podem ser observadas, fornecendo prova experimental de memindutância passiva de dois terminais.

O novo elemento de circuito pode consumir menos energia em dispositivos reativos e fornecer computação mais eficiente. Usando esse novo componente, os campos AI e ML podem se beneficiar da computação neuromórfica aprimorada, permitindo aumentos de desempenho habilitados para hardware. O campo da computação de alto desempenho também pode se beneficiar das propriedades programáveis ​​do memindutor, permitindo cálculos complexos ou de alta densidade diretamente na memória sem exigir uma carga computacional massiva na CPU.

A realização física do memindutor deu a cada um dos três elementos básicos do circuito sua contraparte mem. O desenvolvimento desta pesquisa chega em um momento oportuno, pois a lei de Moore é levada ao limite. À medida que os engenheiros ampliam o impulso que impulsionou os desenvolvimentos do século passado, o memindutor pode ajudar a desempenhar um papel na inovação contínua.