Memristor - O quarto componente da eletrônica fundamental e a revolução da computação.

Memristor.

Postulado pelo cientista Leon Chua em 1971, que ao analisar a relação entre resistência elétrica e fluxo magnético, verificou a possibilidade da resistência elétrica poder variar de acordo com a corrente que passa pelo elemento. Até o início deste século este efeito não seria bem vindo em um resistor comum que tem que manter sua resistência sem variância, porém 30 anos depois o cientista Stanley Williams e o seu grupo de pesquisa trabalhando com eletrônica molecular começaram a notar um comportamento estranho em seus dispositivos.

Utilizando um nanofio composto por Dióxido de Titânio (TiO2) foi observado o seguinte comportamento; O TiO2 puro é um semicondutor, ao ser aquecido parte do oxigênio é expelido(-q,O) deixando bolhas com carga(Ti, +q) que fazem o material se comportar como um metal. Williams compôs uma chave em que o de cima é o semicondutor e o de baixo é o de metal. Ao se aplicar uma tensão(V) ao dispositivo gerando uma diferença de potencial faz com que as bolhas de metal subam reduzindo a resistência do semi-condutor e tornando-o um condutor. Já a ddp aplicada no sentido inverso faz com que as bolhas desçam para a camada inferior retornando ao estado inicial do dispositivo. Quando a voltagem pára, a resistência fica em seu último estado, fazendo assim que este sistema tenha memória, é aí que entram os benefícios da utilização deste componente na computação, pois anuncia uma grande mudança no armazenamento de dados.

Associação de 17 memristores

Este componente tratará de forma diferente os meios de armazenamento usados hoje em dia, em que, quando se trata de um circuito digital é necessário ter energia para se guardar a última informação armazenada em tempo de execução (daí a necessidade de sempre ter que “reiniciar” o computador quando o desligamos), ou caso contrário se armazena em meios magnético (Ex; Hard Disk).

Com o memristor poderíamos colocar um computador para hibernar sem ter necessidade do uso de energia e com o uso da nanotecnologia a resolução aumentará em 1000 vezes pois se aproximará do limite molecular atomístico. Uma memória RAM de 1GigaByte valerá algo em torno de 1 TeraByte.

Poderemos também basear o seu funcionamento em padrões de ondas, diferente dos famosos bits 1 e 0 usados na eletrônica atualmente, com isso uma associação de memristores poderia gerar o que no nosso cérebro é conhecido como sinapse, em que um sinal é processado por uma padrão e não discretamente como num sinal binário (quadrado).

Essa aplicação é muito valiosa para Inteligência Artificial pois tornará cada vez mais viáveis a implementação dos computadores “neuromórficos” que aprendem através de padrões diferente dos que precisam de um software para determinar instruções.

Sinapse do cerebral.

A Hewlett Packard já vai incorporar os memristors em sua versão denominada RRAM em 2009 e talvez disponível em 2010 no mercado.

Exemplificando de forma simples o fluxo magnético através da tensão em uma carga por um determinado tempo proporcional à corrente:

Tensão em função da carga;

U (q) tende a zero para o fluxo magnético , tal que;

Lei de Faraday:

Φm = ∫ M (q) dq = ∫ M(q (t)) dt I

B(q) fica cíclico (senoidal) de modo que:

M(q) = M(q - Δq) para q e alguns Δq, por exemplo, sen2 (q / Q).

B(q) é cíclico, de modo que M(q) = M (q - Δq) para todos os q e alguns Δq, por exemplo, sin2 (q / Q).

Fluxo no fio através da tensão em um determinado tempo:

V = dΦb / dt

O funcionamento está em um simples fio em loop com baixa resistência, pois terá alto fluxo se for em uma direção e pouco fluxo se for "induzida", na direção oposta.

Equação do memristor para seu estado desligado (OFF).

Observe que D = espessura da fio de (TiO2), portanto só perceptível na escala nanométrica

No vídeo abaixo Stanley Williams mostra o funcionamento do memristor e sua utilização para armazenamento através de chaves em "crossbar".

Portanto eis o futuro da Engenharia Elétrica e da Computação, espero ter colaborado com o resumo deste revolucionário componente.

Por Arllen Lira