Nel 1959 il famoso fisico Richard Feynman, nel suo discorso "Un sacco di spazio in fondo, " ha parlato di un futuro in cui minuscole macchine potrebbero compiere grandi imprese. Come molti concetti lungimiranti, la sua molecola e il suo mondo delle dimensioni di un atomo rimasero per anni nel regno della fantascienza.

Poi, scienziati e altri pensatori creativi iniziarono a realizzare le visioni nanotecnologiche di Feynman.

Nello spirito dell'intuizione di Feynman, e in risposta alle sfide che ha lanciato come un modo per ispirare la creatività scientifica e ingegneristica, Gli ingegneri elettrici e informatici dell'UC Santa Barbara hanno sviluppato un progetto per un dispositivo informatico funzionale su nanoscala. Il concetto implica un denso, circuito tridimensionale operante su una logica di tipo non convenzionale che potrebbe, teoricamente, essere imballato in un blocco non più grande di 50 nanometri su qualsiasi lato.

"Sono necessari nuovi paradigmi di elaborazione per stare al passo con la domanda di velocità, dispositivi più piccoli e più efficienti dal punto di vista energetico, " ha detto Gina Adam, ricercatore post-dottorato presso il Dipartimento di informatica dell'UCSB e autore principale dell'articolo "Logica di implicazione materiale stateful ottimizzata per la manipolazione dei dati tridimensionali, "pubblicato sulla rivista Nano ricerca . "In un normale computer, l'elaborazione dei dati e l'archiviazione in memoria sono separate, che rallenta il calcolo. L'elaborazione dei dati direttamente all'interno di una struttura di memoria tridimensionale consentirebbe di archiviare ed elaborare più dati molto più velocemente".

Sebbene gli sforzi per ridurre i dispositivi di elaborazione siano in corso da decenni, in effetti, Le sfide di Feynman mentre le presentava nel suo discorso del 1959 sono state soddisfatte:scienziati e ingegneri continuano a ritagliarsi spazio in fondo per la nanotecnologia ancora più avanzata. Un sommatore a 8 bit su nanoscala che opera in una dimensione di 50 x 50 x 50 nanometri, presentato come parte dell'attuale sfida del Gran Premio Feynman dal Foresight Institute, non è stato ancora raggiunto. Però, il continuo sviluppo e fabbricazione di componenti progressivamente più piccoli sta avvicinando alla realtà questo dispositivo informatico delle dimensioni di un virus, disse Dmitrij Strukov, un professore di informatica della University of California.

"Il nostro contributo è che abbiamo migliorato le caratteristiche specifiche di quella logica e l'abbiamo progettata in modo che potesse essere costruita in tre dimensioni, " Egli ha detto.

La chiave di questo sviluppo è l'uso di un sistema logico chiamato logica di implicazione materiale combinato con i memristori, elementi di circuito la cui resistenza dipende dalle cariche più recenti e dalle direzioni di quelle correnti che li hanno attraversati. A differenza della logica e dei circuiti di calcolo convenzionali che si trovano nei nostri attuali computer e altri dispositivi, in questa forma di calcolo, il funzionamento della logica e la memorizzazione delle informazioni avvengono simultaneamente e localmente. Ciò riduce notevolmente la necessità di componenti e spazio tipicamente utilizzati per eseguire operazioni logiche e per spostare i dati avanti e indietro tra l'operazione e l'archiviazione in memoria. Il risultato del calcolo viene immediatamente memorizzato in un elemento di memoria, che previene la perdita di dati in caso di interruzioni di corrente, una funzione fondamentale nei sistemi autonomi come la robotica.

Inoltre, i ricercatori hanno riconfigurato l'architettura tradizionalmente bidimensionale del memristor in un blocco tridimensionale, che potrebbe quindi essere impilato e imballato nello spazio necessario per soddisfare la Feynman Grand Prize Challenge.

"I gruppi precedenti mostrano che i singoli blocchi possono essere ridimensionati a dimensioni molto piccole, diciamo 10 x 10 nanometri, " disse Strukov, che ha lavorato nei laboratori della società tecnologica Hewlett-Packard quando hanno accelerato lo sviluppo di memristori e logica di implicazione materiale. Applicando quei risultati agli sviluppi del suo gruppo, Egli ha detto, la sfida potrebbe essere facilmente vinta.

I minuscoli memristori sono oggetto di intensa ricerca nel mondo accademico e nell'industria per i loro promettenti usi nell'archiviazione della memoria e nel calcolo neuromorfo. Mentre le implementazioni della logica dell'implicazione materiale sono piuttosto esotiche e non ancora mainstream, utilizza per esso potrebbe apparire in qualsiasi momento, in particolare nei sistemi a scarsità di energia come la robotica e gli impianti medici.

"Dato che questa tecnologia è ancora nuova, sono necessarie ulteriori ricerche per aumentarne l'affidabilità e la durata e per dimostrare circuiti tridimensionali su larga scala strettamente imballati in decine o centinaia di strati, " disse Adamo.