Texas A&M scopre un nuovo elemento del circuito: il Meminductor

I ricercatori della Texas A&M hanno recentemente dimostrato la "meminduttanza", che costituisce la base di un nuovo elemento del circuito: il meminduttore. Precedenti ricercatori hanno dimostrato sia la memresistenza che la memcapacità, rendendo il contributo della Texas A&M un grande passo avanti nella comunità scientifica.

Le variazioni "mem" degli elementi circuitali di base, anche se potrebbero non essere comuni sulle breadboard hobbistiche, hanno dimostrato una notevole utilità nelle applicazioni informatiche e AI/ML. Il memristor è probabilmente il più comune oggi grazie alla sua scoperta precedente (2008 rispetto al 2019 per i memcondensatori). Ma man mano che si comprenderanno meglio i componenti, la loro utilità potrebbe crescere in modo esponenziale.

In questo articolo metteremo in evidenza la ricerca della Texas A&M per mostrare ai designer come è stato scoperto il comportamento meminduttivo. Discuteremo anche di come la trinità completa di dispositivi "mem" potrebbe rivelarsi utile in futuro.

Il prefisso "mem" indica che un elemento del circuito incorpora una qualche forma di memoria. E sebbene la memoria non sia del tipo ad accesso casuale o di sola lettura, consente di sfruttare proprietà uniche nelle applicazioni emergenti.

I memristor, ad esempio, hanno visto una miriade di usi nelle ricerche recenti. In uno di questi esempi, i memristor sono stati utilizzati per l'elaborazione delle immagini ispirata al riconoscimento di modelli dei mammiferi. I dispositivi memristivi sono stati utilizzati anche per realizzare architetture compute-in-memory, in cui un processore centrale non esegue più calcoli grazie alla variabilità della resistenza del dispositivo.

In termini semplici, i dispositivi "mem" presentano caratteristiche (resistenza, capacità, induttanza) che possono cambiare a seconda del loro stato precedente. In questo modo, l'elemento ha "memoria", distinguendolo dai dispositivi non-mem che sono indipendenti dagli stati precedenti.

Sebbene il meminduttore sia stato teorizzato da qualche tempo, la prova definitiva di un vero dispositivo a due terminali deve ancora essere osservata prima delle recenti scoperte del gruppo Texas A&M. Questo perché la resistenza in serie oscura efficacemente le proprietà meminduttive, specialmente alle basse frequenze quando l'effetto desiderato è più forte.

Per negare gli effetti della resistenza in serie, il gruppo ha adottato una tecnica intelligente che ha effettivamente sottratto gli effetti della resistenza in serie sul funzionamento del dispositivo al fine di isolare gli effetti della meminduttanza. Poiché la resistenza può essere facilmente misurata e idealmente non cambia con la frequenza, ciò rende il lavoro di ricerca della meminduttanza quasi banale.

Per creare un meminduttore sperimentale, il gruppo Texas A&M aveva bisogno di un meccanismo in grado di modificare passivamente l'induttanza in relazione alla corrente applicata. Il team ha posizionato una bobina avvolta in aria su un’asta che conteneva parzialmente un materiale ferromagnetico tra due magneti. In questa configurazione [collegamento GIF], quando la corrente attraverso la bobina cambiava, la bobina si spostava rispetto all'asta ferromagnetica, modificando l'induttanza.

I risultati dell'impostazione sperimentale (mostrati sotto Informazioni supplementari nel documento) dimostrano che sottraendo il noto effetto della resistenza in serie, è possibile osservare le proprietà meminduttive, fornendo prova sperimentale della meminduttanza passiva a due terminali.

Il nuovo elemento circuitale potrebbe consumare meno energia nei dispositivi reattivi e fornire un'elaborazione più efficiente. Utilizzando questo nuovo componente, i campi dell’intelligenza artificiale e del machine learning potrebbero trarre vantaggio da un miglioramento del calcolo neuromorfico, consentendo aumenti delle prestazioni abilitati dall’hardware. Anche il campo del calcolo ad alte prestazioni può trarre vantaggio dalle proprietà programmabili del meminduttore, consentendo calcoli complessi o ad alta densità direttamente in memoria senza richiedere un carico computazionale massiccio sulla CPU.

La realizzazione fisica del meminduttore ha dato a ciascuno dei tre elementi circuitali fondamentali la sua controparte mem. Questo sviluppo della ricerca arriva in un momento opportuno poiché la legge di Moore è portata ai suoi limiti. Mentre gli ingegneri estendono lo slancio che ha dato impulso agli sviluppi del secolo scorso, il meminduttore potrebbe contribuire a svolgere un ruolo nell’innovazione continua.