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Raffreddare i processori, nuovo metodo ispirato dalle cicale

Ricercatori della Duke University e Intel hanno dimostrato come un fenomeno fisico che permette alle cicale di avere ali pulite e asciutte possa essere usato per raffreddare meglio i microprocessori.

Raffreddare i processori, nuovo metodo ispirato dalle cicale

Ingegneri della Duke University e Intel hanno sviluppato un nuovo metodo per raffreddare i punti caldi, i cosiddetti "hotspot", presenti nell'elettronica e in particolare nei microprocessori. Alla base di questa soluzione c'è lo stesso fenomeno fisico che consente alle cicale di avere ali sempre pulite, ma allo stesso tempo asciutte.

Sembra una cosa strana, e in effetti lo è, ma non è la prima volta che studiando la natura si imparano soluzioni applicabili in svariati settori.

raffreddamento cicale duke intel
Rappresentazione schematica di come funziona la tecnologia messa a punto dai ricercatori

Cosa succede quando le goccioline di acqua colpiscono le ali delle cicale? Si fondono. La riduzione dell'area superficiale permette il rilascio di una piccola quantità di energia. Fintanto che la superficie sottostante è sufficientemente idrofoba da respingere l'acqua, l'energia è tale da far rimbalzare via la gocciolina. In questo modo le goccioline catturano e rimuovono le particelle di sporco e i detriti dalle ali degli insetti.

La nuova tecnologia di raffreddamento messa a punto dai ricercatori si rifà proprio a questo meccanismo, con l'ovvia differenza che qui non si tratta di rimuovere lo sporco, bensì il calore, con le goccioline d'acqua che saltano verso i punti caldi per portare il raffreddamento dove ce n'è più bisogno.

"Il raffreddamento dei punti caldi è molto importante per le tecnologie ad alte prestazioni", ha affermato Chuan-Hua Chen, professore associato presso la Duke University. "I processori dei computer non si comportano molto bene se non può essere rimosso il calore disperso. Un migliore sistema di raffreddamento permette di avere computer più veloci, elettronica che dura di più e veicoli elettrici più potenti".

La nuova tecnologia si affida a una camera di vapore composta da un piano super idrofobico e un "tetto" spugnoso. Quando è posta sotto l'elettronica funzionante, l'umidità intrappolata nel "tetto" evapora a causa dei punti caldi che emergono durante il funzionamento. Il vapore sfugge verso il piano, raccogliendo così il calore prodotto.

Le strutture di raffreddamento passivo presenti nel piano della camera fanno sì che il vapore acqueo si condensi in goccioline. La fusione di queste le induce a saltare sul piano idrofobico e tornare nel "tetto", sotto l'hotspot, chiudendo il processo e permettendone la ripetizione. Questo avviene in modo indipendente dalla gravità e dall'orientamento, anche se il dispositivo è capovolto.

La tecnologia sembra avere molti vantaggi rispetto alle tecniche di raffreddamento attuali. I dissipatori termoelettrici che agiscono come piccoli frigoriferi non possono occuparsi di punti caldi casuali. Altri approcci invece riescono a occuparsi degli hotspot che cambiano, ma richiedono più energia e sono quindi inefficienti.

La nuova soluzione di raffreddamento, ribattezzata "jumping-droplet", offre anche un meccanismo integrato per la fuga del calore in verticale, un grande vantaggio rispetto agli heatspreader attuali che principalmente dissipano il calore su un piano.

"Per analogia, per evitare allagamenti è utile diffondere la pioggia su una vasta area. Ma se il terreno è bagnato, l'acqua non ha alcun percorso di fuga in verticale, e le inondazioni sono inevitabili", ha affermato Chen. "Le heatpipe piatte sono notevoli per la diffusione orizzontale del calore, ma non hanno un meccanismo verticale per dissipare il calore. La nostra tecnologia permette di risolvere questo vuoto tecnologico e apre una strada per battere i migliori heatspreader esistenti in tutti i fronti".

C'è ancora molto lavoro da fare prima che la tecnologia possa competere con le tecnologie di raffreddamento attuali. La sfida principale è quella di trovare materiali adatti che funzionino sul lungo periodo con il vapore ad alte temperature.

"Ci sono voluti alcuni anni per portare il sistema a un punto in cui è paragonabile a un heat spreader in rame, la soluzione di raffreddamento più popolare", ha aggiunto Chen. "Ora, per la prima volta, vedo una via per battere gli standard di settore".

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