Un team internazionale di ricercatori ha descritto, in una ricerca pubblicata su Nature, un nuovo dispositivo molecolare con eccezionale abilità di calcolo, caratterizzato da una plasticità delle connessioni che ricordano il cervello umano e dalla possibilità di essere riconfigurato al volo per diversi compiti computazionali semplicemente cambiando le tensioni applicate. Inoltre, come le cellule nervose possono memorizzare ricordi, lo stesso dispositivo può anche conservare informazioni per il recupero e l'elaborazione futuri.
"Il cervello ha la notevole capacità di cambiare il suo cablaggio creando e rompendo le connessioni tra le cellule nervose. Raggiungere qualcosa di paragonabile in un sistema fisico è stato estremamente impegnativo ", ha spiegato in merito Stanley Williams, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica della Texas A & M University. "Ora abbiamo creato un dispositivo molecolare con una riconfigurabilità incredibile, che si ottiene non cambiando le connessioni fisiche come nel cervello, ma riprogrammando la sua logica".
T. Venkatesan, direttore del Center for Quantum Research and Technology (CQRT) presso l'Università dell'Oklahoma, affiliato scientifico presso il National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, e professore a contratto di ingegneria elettrica e informatica presso l'Università Nazionale di Singapore, ha aggiunto che il loro dispositivo molecolare potrebbe in futuro aiutare a progettare chip di elaborazione di prossima generazione con maggiore potenza e velocità computazionale, ma consumando molta meno energia.
Che si tratti del familiare laptop o di un sofisticato supercomputer, le tecnologie digitali affrontano una nemesi comune, il collo di bottiglia di von Neumann. Questo ritardo nell'elaborazione computazionale è una conseguenza delle attuali architetture di computer, in cui la memoria, contenente dati e programmi, è fisicamente separata dal processore. Di conseguenza, i computer trascorrono una notevole quantità di tempo a fare la spola tra i due sistemi, causando il collo di bottiglia. Inoltre, nonostante le velocità del processore estremamente elevate, queste unità possono essere inattive per lunghi periodi di tempo durante i periodi di scambio di informazioni.
I cosiddetti memristori invece offrono un modo per aggirare il collo di bottiglia di von Neumann. , perchè in grado di passare dall'essere un isolante a un conduttore a una temperatura impostata, con la possibilità quindi di eseguire calcoli e archiviare dati. Tuttavia, nonostante i loro numerosi vantaggi, questi memristori sono fatti di elementi di terre rare e possono funzionare solo in regimi di temperatura restrittivi. Quindi, c'è stata una continua ricerca di molecole organiche promettenti in grado di svolgere una funzione memristiva comparabile. I nuovi memristori sviluppati dal team internazionale invece sono composti da un atomo metallico centrale (ferro) legato a tre molecole organiche di fenil azopidina, chiamate ligandi.
"Questo si comporta come una spugna elettronica che può assorbire fino a sei elettroni in modo reversibile, con possibilità dunque di configurarsi in sette differenti stati", ha spiegato Sreebrata. "L'interconnettività tra questi stati è la chiave dietro la riconfigurabilità mostrata in questo lavoro".
I ricercatori inoltre hanno fatto un ulteriore passo avanti per sfruttare questi dispositivi molecolari per eseguire programmi per diversi compiti computazionali del mondo reale. Sreetosh ha infatti dimostrato sperimentalmente che i loro dispositivi potrebbero eseguire calcoli abbastanza complessi in un singolo passaggio temporale e quindi essere riprogrammati per eseguire un altro compito nell'istante successivo. Venkatesan ha osservato che ci vorrebbero migliaia di transistor per svolgere le stesse funzioni computazionali di uno dei loro dispositivi molecolari. È dunque possibile che tecnologia possa essere utilizzata per la prima volta in dispositivi portatili, come smartphone e sensori, e altre applicazioni in cui la potenza è limitata.