Em 1959, o renomado físico Richard Feynman, em sua palestra "Abundância de espaço no fundo, "falava de um futuro no qual pequenas máquinas poderiam realizar grandes feitos. Como muitos conceitos voltados para o futuro, sua molécula e mundo do tamanho de um átomo permaneceram por anos no reino da ficção científica.

E então, cientistas e outros pensadores criativos começaram a realizar as visões nanotecnológicas de Feynman.

No espírito da visão de Feynman, e em resposta aos desafios que ele lançou como uma forma de inspirar a criatividade científica e de engenharia, engenheiros elétricos e de computação da UC Santa Barbara desenvolveram um projeto para um dispositivo de computação funcional em nanoescala. O conceito envolve uma densa, circuito tridimensional operando em um tipo não convencional de lógica que poderia, teoricamente, ser embalado em um bloco não maior que 50 nanômetros em qualquer lado.

"Novos paradigmas de computação são necessários para acompanhar a demanda por sistemas mais rápidos, dispositivos menores e com maior eficiência energética, "disse Gina Adam, pesquisador de pós-doutorado no Departamento de Ciência da Computação da UCSB e autor principal do artigo "Otimizada lógica de implicação de material com estado para manipulação de dados tridimensionais, "publicado no jornal Nano Research . "Em um computador normal, processamento de dados e armazenamento de memória são separados, o que retarda a computação. O processamento de dados diretamente dentro de uma estrutura de memória tridimensional permitiria que mais dados fossem armazenados e processados ​​com muito mais rapidez. "

Embora os esforços para reduzir os dispositivos de computação estejam em andamento há décadas - na verdade, Os desafios de Feynman, conforme ele os apresentou em sua palestra de 1959, foram superados - os cientistas e engenheiros continuam a cavar espaço no fundo para uma nanotecnologia ainda mais avançada. Um somador de 8 bits em nanoescala operando em uma dimensão de 50 por 50 por 50 nanômetros, apresentado como parte do atual desafio do Grande Prêmio Feynman pelo Foresight Institute, ainda não foi alcançado. Contudo, o contínuo desenvolvimento e fabricação de componentes progressivamente menores está trazendo este dispositivo de computação do tamanho de um vírus para mais perto da realidade, disse Dmitri Strukov, um professor de ciência da computação da UCSB.

"Nossa contribuição é que melhoramos as características específicas dessa lógica e a projetamos para que pudesse ser construída em três dimensões, " ele disse.

A chave para esse desenvolvimento é o uso de um sistema lógico denominado lógica de implicação material combinada com memristores - elementos de circuito cuja resistência depende das cargas mais recentes e das direções das correntes que fluíram através deles. Ao contrário da lógica de computação convencional e circuitos encontrados em nossos computadores e outros dispositivos atuais, nesta forma de computação, operação lógica e armazenamento de informações acontecem simultaneamente e localmente. Isso reduz muito a necessidade de componentes e espaço normalmente usados ​​para executar operações lógicas e mover dados para frente e para trás entre a operação e o armazenamento de memória. O resultado do cálculo é imediatamente armazenado em um elemento de memória, que evita a perda de dados em caso de queda de energia - uma função crítica em sistemas autônomos como a robótica.

Além disso, os pesquisadores reconfiguraram a arquitetura tradicionalmente bidimensional do memristor em um bloco tridimensional, que poderia então ser empilhado e embalado no espaço necessário para cumprir o Grande Prêmio Feynman.

"Os grupos anteriores mostram que os blocos individuais podem ser redimensionados para dimensões muito pequenas, digamos 10 por 10 nanômetros, "disse Strukov, que trabalhou nos laboratórios da empresa de tecnologia Hewlett-Packard quando eles aceleraram o desenvolvimento de memristores e lógica de implicação de material. Ao aplicar esses resultados aos desenvolvimentos de seu grupo, ele disse, o desafio poderia ser facilmente vencido.

Os minúsculos memristores estão sendo pesadamente pesquisados ​​na academia e na indústria por seus usos promissores no armazenamento de memória e computação neuromórfica. Embora as implementações da lógica de implicação material sejam bastante exóticas e ainda não dominantes, usos para isso podem surgir a qualquer momento, particularmente em sistemas com escassez de energia, como robótica e implantes médicos.

"Como essa tecnologia ainda é nova, mais pesquisas são necessárias para aumentar sua confiabilidade e vida útil e para demonstrar circuitos tridimensionais em grande escala compactados em dezenas ou centenas de camadas, "Adam disse.