Estão se aproximando de nós

Material se auto-organiza e cria processador por conta própria

Redação do Site Inovação Tecnológica -  21/09/2016

 Os óxidos complexos se auto-organizam em circuitos elétricos, o que cria a possibilidade de criar novos tipos de chips de computador. [Imagem: ORNL]

Auto-organização computacional

Um dos grandes sonhos da nanotecnologia é reconstruir a matéria de baixo para cima, molécula por molécula, para que os materiais resultantes possam ter os comportamentos e as propriedades que o projetista desejar.

Mas que tal então materiais que nem dependam de tanto esforço, que possam se auto-organizar para formar circuitos lógicos completos, capazes de fazer cálculos computacionais?

E, mais do que isso, que esses circuitos possam ser "reescritos", rearranjados para cumprir funções diferentes conforme a necessidade?

Longe das teorias, essa possibilidade acaba de ser demonstrada experimentalmente por Andreas Herklotz e seus colegas do Laboratório Nacional Oak Ridge, nos EUA.

Separação de fase

O material é formado por uma mistura complexa de cristais de óxidos que, quando confinados em escalas micrométricas ou nanométricas, começa a funcionar como se fosse um circuito elétrico formado por múltiplos componentes, assim como um circuito eletrônico é formado por múltiplos transistores, resistores etc.

Essa auto-organização parece decorrer de um comportamento incomum dos óxidos cristalinos chamado separação de fase - pequenas regiões no material apresentam propriedades eletrônicas e magnéticas radicalmente diferentes das outras.

"O que foi interessante neste experimento é que nós descobrimos que podemos usar essas fases para que elas funcionem como elementos de um circuito. O fato de que é possível também mover esses elementos de um lado para o outro abre a incrível possibilidade de construir circuitos regraváveis no material," disse o professor Thomas Ward, coordenador da equipe.

A separação de fase induz a formação de domínios metálicos, isolantes e semicondutores que geram respostas do tipo resistor e capacitor que podem ser controladas eletricamente. [Imagem: Andreas Herklotz et al. - 10.1002/aelm.201600189]

Processadores customizados

Como as diversas fases respondem tanto a campos magnéticos quanto elétricos, o material pode ser controlado de várias maneiras, o que cria a possibilidade de novos tipos de chips e processadores de computador.

"É uma nova forma de pensar sobre a eletrônica, onde você não tem apenas campos elétricos sendo ligados e desligados para seus bits - não é meramente ligar a energia. Isto aponta para a exploração de abordagens completamente diferentes em direção a arquiteturas multifuncionais, onde a integração de múltiplos estímulos externos pode ser feita em um único material," prevê Ward.

Os pesquisadores demonstraram esta nova abordagem inovadora em um material chamado LPCMO (sigla dos seus elementos constituintes: lantânio, praseodímio, cálcio, manganês e oxigênio), mas Ward observa que outros materiais com separação de fase têm propriedades diferentes que podem ser exploradas.

"Isto significa que os materiais e arquiteturas que servem de base aos supercomputadores, PCs e smartphones, cada um com necessidades muito diferentes, não precisarão mais ser forçados a seguir um único caminho, onde o mesmo chip deve servir para todos," disse o pesquisador.

Bibliografia:

Multimodal Responses of Self-Organized Circuitry in Electronically Phase Separated Materials
Andreas Herklotz, Hangwen Guo, Anthony T. Wong, Ho Nyung Lee, Philip D. Rack, Thomas Zarc Ward
Advanced Electronic Materials
Vol.: 2 (9): 1600189
DOI: 10.1002/aelm.201600189

Ruptura de design

Antenas finalmente ficam digitais e vão mudar celulares

Redação do Site Inovação Tecnológica -  01/09/2016

As antenas dos celulares são colocadas no topo e na base do aparelho. É por isso que a tela não pode cobrir o telefone inteiro. Com as antenas digitais, essa restrição deixa de existir.[Imagem: Aalto University]

Antena digital

Engenheiros finlandeses deram o salto tecnológico esperado desde o surgimento dos semicondutores eletrônicos: eles "digitalizaram" as antenas.

Apesar de estarmos mergulhados em um mundo quase totalmente digital, as indispensáveis antenas são dispositivos tipicamente analógicos, que transmitem e recebem ondas. Assim, cada aparelho precisa de um circuito para converter os sinais que recebe da antena de analógicos para digitais, e outro para converter de digitais para analógicos os sinais que vai transmitir.

E as antenas atuais funcionam em frequências para as quais foram cuidadosamente projetadas, o que significa dizer que cada banda de frequência de transmissão exige sua própria antena.

Uma antena digital, por sua vez, pode ser configurada instantaneamente para trabalhar com qualquer frequência.

"Desta forma, muitas aplicações dos smartphones, como GPS, Bluetooth e Wi-Fi, não vão mais precisar ter suas próprias antenas. Em vez disso, toda a transferência de dados do telefone pode ser realizada através de uma única antena controlada digitalmente. Isto, por sua vez, torna o design do telefone mais fácil e permite um tamanho de tela maior em relação ao tamanho do telefone, já que a antena não irá exigir muito espaço," explica Jari-Matti Hannula, da Universidade Aalto.

Antena reconfigurável

A antena digital consiste em um sistema de múltiplas "portas", mutuamente acopladas. Controlando o sinal de excitação de cada porta, pode-se maximizar a eficiência de irradiação do sinal e, ao mesmo tempo, minimizar a potência refletida, o que significa mais alcance e menor consumo de energia.

Para ajustar a banda de transmissão - para atender às necessidades de cada tecnologia de transmissão de dados, como telefonia, Wi-Fi, GPS etc. - o sistema pode ser montado com diferentes componentes de frequência que possam ser combinados, de forma instantânea, para cada frequência de transmissão.

Também é possível acoplar ao sistema as antenas analógicas tradicionais, de forma a atender às necessidades de cada equipamento.

1.000 vezes mais dados

Além da possibilidade de reconfiguração, dos ganhos de eficiência e da diminuição do espaço dentro dos aparelhos, as antenas digitais demonstraram ser possível atingir uma velocidade de transferência de dados de 100 a 1.000 vezes mais rápida do que a alcançada pelos celulares atuais.

"O passo seguinte no processo de desenvolvimento já está em andamento com o início dos testes em cooperação com a Huawei, utilizando dispositivos de telefonia móvel de quinta geração. Nós também estamos desenvolvendo, em conjunto com outros pesquisadores da Universidade de Aalto, os sistemas eletrônicos digitais para controlar as antenas," disse o professor Ville Viikari, coordenador da equipe.

Bibliografia:

Concept for Frequency Reconfigurable Antenna Based on Distributed Transceivers
Jari-Matti Hannula, Jari Holopainen, Ville Viikari
IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters
Vol.: PP, Issue: 99
DOI: 10.1109/LAWP.2016.2602006