זיכרון RAM מתכת נוזלית: FlexRAM פריצת דרך עבור רכיבים לבישים

• חוקרים מאוניברסיטת Tsinghua פיתחו RAM מתכת נוזלי פורץ דרך (FlexRAM), והציגו גישה חדשה לאחסון נתונים שיכולה לחולל מהפכה באלקטרוניקה גמישה.
• FlexRAM משתמש בחמצון ובצמצום האלקטרוכימי הפיך של מתכות נוזליות מבוססות גליום, ומאפשר אחסון נתונים בינאריים עם הבדלי התנגדות משמעותיים, המחקה תהליכי זיכרון של תאי מוח.
• טכנולוגיה זו מפגינה עמידות יוצאת דופן ושלמות נתונים, אפילו תחת עיוותים פיזיים קיצוניים כגון מתיחה, כיפוף ופיתול, מה שהופך אותה לאידיאלית עבור מכשירים לבישים וניתנים להשתלה.
• הגודל של רכיבי זיכרון FlexRAM יכול לנוע בין מילימטרים לננומטרים, כאשר טיפות קטנות יותר מציגות רגישות וביצועים מוגברים, מה שמדגיש את הפוטנציאל להרחבה ודיוק ביישומים אלקטרוניים עתידיים.

מבוא

אומרים כי האלקטרוניקה הגמישה היא הגל הבא של הטכנולוגיה שיפתח מספר רב של יישומים ופוטנציאל, אך למרות שהם מבטיחים הרבה, הם עדיין לא פותחו למכשירים מעשיים. לאחרונה, חוקרים הדגימו טכנולוגיית זיכרון גמישה לחלוטין שעשויה יום אחד להעצים אלקטרוניקה גמישה. אילו אתגרים מתמודדת האלקטרוניקה הגמישה, מה הדגימו החוקרים וכיצד היא יכולה להעצים מכשירים עתידיים?

אילו אתגרים מתמודדת אלקטרוניקה גמישה?

במהלך העשור האחרון, מהנדסים ערכו אינספור כמויות של מחקר לפיתוח אלקטרוניקה גמישה, בתקווה שיום אחד הם יהפכו למיינסטרים. אם תושג, האלקטרוניקה הגמישה תוכל לאפשר אינספור יישומים, כולל חיישני גוף מתקדמים, ביגוד חכם, תוויות חכמות, וחיישנים חד פעמיים. 

יתרה מזאת, אם ניתן להפוך את הטכנולוגיות הללו לידידותיות לסביבה ולהשתמש במקורות מתחדשים, אז לתעשייה תהיה השפעה סביבתית מינימלית ומובטחת להחזיק מעמד מאות שנים קדימה. עם זאת, בעוד שהרעיון של אלקטרוניקה גמישה הוא באמת מדהים, למעשה להשיג זאת הוא הרבה יותר קל לומר מאשר לעשות. 

ללא ספק, האתגר הגדול ביותר שעומד בפניו בפיתוח אלקטרוניקה גמישה הוא מציאת חומרים עם חשמל מאפיינים גמישים. רוב הרכיבים האלקטרוניים המשמשים כיום בתעשייה מבוססים על חומרים שהם מטבעם מרוכסים, כלומר לא ניתן לכופף אותם בקלות. 

חלקים מסוימים שכן מפגינים מידה של גמישות מסוגלים רק לעתים רחוקות להתגמש באופן משמעותי, וגם אם הם יכולים, חיבורי ההלחמה המשמשים כדי לשמור אותם מחוברים למצע יכולים להיסדק בקלות. רכיבים אלה שמורים בדרך כלל לסביבות המערבות רעידות חזקות (כגון מערכות רכב), שבהן הגמישות כבר במינימום.

תחום אחד שהראה נהדר ההבטחה היא אלקטרוניקה אורגנית, אשר, כפי שהשם מרמז, מנצל תרכובות אורגניות. על ידי ניצול פולימרים מיוחדים, ניתן ליצור סמיקונדקטור רכיבים גמישים לחלוטין, וזה הוכח על ידי PragmatIC עם ליבת ARM הגמישה שלהם. עם זאת, למרות שהמכשירים הללו גמישים לחלוטין, הם עדיין סובלים מכמה מגבלות עיקריות, כולל גודל הטרנזיסטור שלהם, חוסר לוגיקה משלימה וחוסר אמינות.

במקרים אחרים, מוצרי אלקטרוניקה גמישים הם לרוב חלשים מכדי לשרוד שימוש ממושך, מה שהופך אותם מתאימים לשימוש רק במעבדה. בעיה נוספת שהאלקטרוניקה הגמישה יכולה לראות היא הצורך בספקי כוח גמישים, שכמעט ואינם קיימים. משמעות הדבר היא שאפילו חיישן גמיש לחלוטין דורש חיבור פיזי למקור מתח מרובע. 

בסך הכל, מחקר לתוך אלקטרוניקה גמישה בהחלט מניב תוצאות חיוביות, אבל בכל הקשור לאלקטרוניקה גמישה באמת, הם עדיין מאוד פיתוח נישה, רחוק מלהיות מוכן לייצור המוני.

חוקרים מפתחים RAM מתכת נוזלי

מתוך הכרה בצורך ברכיבים גמישים, חוקרים מאוניברסיטת Tsinghua פרסמו לאחרונה את שלהם ממצאים על א קונספט זיכרון חדש שפותח שעלול להוביל לפתרונות RAM גמישים. 

החוקרים לוקחים השראה מהאופן שבו תאי מוח המעורבים בזיכרון עוברים שלבי קיטוב ואי-קיטוב, החוקרים משתמשים במתכת נוזלית מבוססת גליום כדי להחזיק נתונים בהתאם למצב החמצון שלה. כאשר משולבים במצע ביופולימר גמיש (Ecoflex), ניתן לשלוט בחמצון המתכת הנוזלית באמצעות מתח חיצוני קטן (שהקיטוב שלו קובע אם המתכת מתחמצנת או לא). 

מכיוון שההתנגדות של המתכת הנוזלית תלויה מאוד במצב החמצון, ניתן לאחסן נתונים בינאריים בטיפה. יתר על כן, הנוזל מסוגל לשמור על מצב החמצון שלו לפרקי זמן ממושכים (בסביבות 12 שעות), כלומר למרות שהוא לא נדיף, הוא יכול בקלות רבה לשרוד הפסקות חשמל.

בכל הנוגע למהירות הנתונים, החוקרים השתמשו באות מאופנן ברוחב הדופק שפעל סביב 33Hz, והטיפה הייתה נתונה ליותר מ-3,500 מחזורי כתיבה תוך כדי הדגמה של יכולות שימור זיכרון. כדי ליצור את התקן הזיכרון, החוקרים השתמשו במדפסת תלת מימד כדי ליצור תבניות Ecoflex, ולאחר מכן הוחלו תמיסה המכילה את המתכת הנוזלית והידרוג'ל פוליוויניל אצטט. 

אם לוקחים את הרעיון הלאה, החוקרים ייצרו 8 ביטים של אחסון והשתמשו במחשב כדי לקרוא ולכתוב נתונים למערך הזיכרון.

העבודה החלוצית של אוניברסיטת Tsinghua, כפי שהודגשה בפרסומם ב-Advanced Materials, מציגה את הפוטנציאל של זיכרון מתכת נוזלית במהפכה בתחום האלקטרוניקה הגמישה. טכנולוגיית זיכרון חדשנית זו, המשתמשת בחמצון אלקטרוכימי הפיך והפחתה של מתכות נוזליות על בסיס גליום, מדגימה הבדל מרשים של 11 סדרי גודל בהתנגדות. תכונה זו מאפשרת קידוד של נתונים בינאריים בפורמט גמיש ביותר. חוסנו של הזיכרון תחת עיוותים פיזיים - כגון מתיחה, כיפוף ופיתול - בשילוב עם יכולתו לשמור על שלמות הנתונים לאורך אלפי מחזורים, מדגישים את התאמתו למכשירים אלקטרוניים לבישים ומושתלים מהדור הבא. המחקר לא רק מתייחס לאתגר הקריטי של פיתוח רכיבים גמישים אלא גם פותח אפיקים חדשים ליישום טכנולוגיות כאלה ברובוטיקה רכה, אלקטרוניקה לבישה ומערכות בינה מלאכותית בהשראת ביו.

אחד היתרונות העיקריים של הטכנולוגיה הוא שלפי החוקרים, הטיפות עבדו טוב יותר כשהן התכווצו, כלומר התחמקות מהטכנולוגיה רק ​​תניב שיפורי ביצועים. סביר להניח שזה נובע מכך שהמשטח הוא המרכיב הפעיל של תא הזיכרון (כיוון שזו השכבה שמתחמצנת), ולכן היחס בין שטח הפנים לנפח יהיה קריטי.

"טכנולוגיית FlexRAM מציגה מגוון מדהים של גדלים אפשריים עבור רכיבי הזיכרון שלה, המשתרעים ממילימטרים ועד ננומטרים. יש לציין כי ממצאי המחקר חושפים כי הקטנת גודלם של רכיבי זיכרון מבוססי טיפות אלו משפרת את ההיענות שלהם. לדברי צוות המחקר, רגישות מוגברת זו בטיפות קטנות יותר מדגישה את הרבגוניות של הטכנולוגיה והפוטנציאל ליישומים מדויקים באלקטרוניקה גמישה", ציינו החוקרים. פרט זה מדגיש את יכולת ההסתגלות והאפשרויות העתידיות של FlexRAM, ומדגיש את הפוטנציאל שלו לחולל מהפכה במכשירים אלקטרוניים גמישים עם העיצוב הניתן להרחבה והתגובה שלו.

כיצד טכנולוגיית הזיכרון החדשה הזו מעצימה מכשירים עתידיים?

בעוד שה-RAM החדש שפותח אינו קרוב בשום מקום למסחור, הוא מדגים כיצד ישנם אינספור חומרים ומושגים שהמהנדסים טרם ניצלו. אם עוד יותר מעודן, טכנולוגיית זיכרון זו יכול להיות המפתח ליצירת אלקטרוניקה גמישה באמת שיכול לשמש בכל מיני יישומים, החל מתוויות חכמות ועד בגדים חכמים.

השימוש בגליום הוא קריטי גם בכך שהוא חומר ידידותי לסביבה שאינו רעיל לבני אדם. כיוון שכך, אלקטרוניקה המשתמשת בטכנולוגיית זיכרון זו לא תהיה מסוכנת לסביבה אם תיפטר למזבלות (עם זאת, זה יהיה תלוי באילו תרכובות אחרות נעשה שימוש במכשיר זה). 

לבסוף, השימוש במתכות נוזליות מסייע לפשט את השימוש בטכנולוגיות הדפסה, שהן ללא ספק העתיד של האלקטרוניקה הגמישה. בשילוב עם דיו ותרכובות אורגניות אחרות, ניתן יהיה לבנות מעגלים אלקטרוניים שלמים באמצעות הדפסה, מה שלא רק עוזר להוזיל משמעותית את מחיר האלקטרוניקה אלא גם מסייע לקלות הייצור. 

בסך הכל, מה שהחוקרים הוכיחו עם ה-FlexRAM שלהם אינו אלא מבריק, והוא מראה פוטנציאל רב ביכולתו לאגור נתונים ולהיות גמיש בו זמנית.