Le memorie flessibili saranno utilizzate nei dispositivi IoT del futuro?

Siamo ben oltre il punto in cui i personal computer sono le uniche cose che possediamo per elaborare i dati. Non solo siamo passati a dispositivi più portatili, come gli smartphone, ma stiamo anche vedendo oggetti di uso quotidiano, come specchi, braccialetti e occhiali, diventare sempre più smart. Con l’aumento del numero di oggetti dotati di chip, c’è un sempre maggiore bisogno di flessibilità. Un team di ricercatori della Stanford University ha affrontato questo problema realizzando una memoria pieghevole che si presta a una ampia gamma di utilizzi.

Stando a un articolo pubblicato su Science, i risultati ottenuti consentono di produrre dispositivi di memoria in un substrato flessibile. Il dispositivo di prova è stato anche avvolto attorno a un perno di metallo del diametro di 8mm e funziona ancora. Non si è verificata alcuna diminuzione delle prestazioni anche dopo 200 cicli di piegatura e raddrizzatura e le informazioni memorizzate erano leggibili fino a 1.000 volte prima che si verificasse qualsiasi tipo di deterioramento.

Nel tentativo di sviluppare opzioni di archiviazione in un supporto flessibile, i ricercatori hanno studiato le memorie a cambiamento di fase (PCM). L’aggiunta di flessibilità all’elettronica è stata principalmente perseguita attraverso l’utilizzo di componenti a base plastica (polimeri), poiché possiedono le caratteristiche richieste per non rompersi sotto pressione. I ricercatori hanno scoperto che la plastica potrebbe effettivamente essere uno dei più importanti fattori abilitanti per la ricerca PCM in generale perché può fungere da isolante, il che significa che non conduce bene il calore o le correnti elettriche.

PCM utilizza componenti che cambiano la loro disposizione atomica quando raggiungono determinate soglie termiche. Come spiegato dai ricercatori:

I materiali a cambiamento di fase sfruttano i cambiamenti nella struttura per avere differenze nella resistenza elettrica che sono interessanti per la memoria del computer e le applicazioni di elaborazione.

Pertanto, è stato creato un dispositivo PCM flessibile utilizzando “strati di tellururo di antimonio e tellururo di germanio depositati direttamente su un substrato di poliamide flessibile. Il dispositivo mostra un funzionamento multilivello con una bassa densità di corrente di commutazione. La combinazione tra cambiamento di fase e proprietà meccaniche è interessante per il gran numero di applicazioni emergenti per l’elettronica flessibile”.

Per conoscere il valore memorizzato (o i valori, poiché il cambiamento di fase ha livelli di conduttività abbastanza diversi da consentire di derivare da essi informazioni multi-bit), è sufficiente inviare una piccola quantità di elettricità attraverso di esso e calcolare la resistenza. Un dispositivo PCM non è altro che costituito da banchi di memoria realizzati con materiali a cambiamento di fase che mostrano questa versatilità di stato.

Questo porta a un vantaggio non da poco: gli stati sono in genere coerenti e quindi non cambiano da soli. Ciò rende questo sistema di memoria persistente, il che significa che non è necessario un flusso costante di energia per recuperare le informazioni, caratteristica importante in una prospettiva di efficienza energetica. Il problema con i tipici materiali a cambiamento di fase, tuttavia, è che l’energia deve essere guidata attraverso di essi per generare abbastanza calore allo scopo di avviare un cambiamento di fase e questo riduce l’efficienza.

È qui che la plastica può rivelarsi rivoluzionaria. I ricercatori di Stanford hanno scoperto che non solo la plastica rende il semiconduttore sufficientemente flessibile da essere pieghevole, ma riduce anche i requisiti energetici per la scrittura delle informazioni in memoria. La plastica incorporata isola il materiale a cambiamento di fase, rallentando la perdita di energia che altrimenti si verificherebbe se il calore si propagasse oltre l’area del materiale a cambiamento di fase. I ricercatori citano i requisiti di alimentazione del loro progetto PCM come cento volte inferiori a quelli attuali fabbricati su un substrato di silicio.

In definitiva, questa ricerca promuove lo sviluppo di tag flessibili che potrebbero essere applicati a materiali a bassissima potenza e che richiedono componenti elettronici in grado di piegarsi. Ad esempio, questa tecnologia può essere impiegata in biomonitor che possono essere collegati ai vostri organi interni o cerotti elettronici indossabili che possono visualizzare informazioni direttamente sulla vostra pelle.

La ricerca potrebbe anche aiutare a rivoluzionare l’informatica basata sul cambiamento di fase, che è già la preferita nel campo della formazione di reti neurali. In combinazione con il recente sviluppo e la produzione di “proof of concept” del progetto Plastic ARM, che ha realizzato un processore ARM flessibile con la plastica, è ormai solo questione di tempo prima che i componenti elettronici flessibili entrino nella vita di tutti i giorni.