Texas A&M descubre un nuevo elemento de circuito: el meminductor

Los investigadores de Texas A&M demostraron recientemente la "meminductancia", formando la base de un nuevo elemento de circuito: el meminductor. Investigadores anteriores han demostrado tanto la memresistencia como la memcapacitancia, lo que hace que la contribución de Texas A&M sea un gran salto en la comunidad científica.

Las variaciones "mem" de los elementos básicos del circuito, si bien pueden no ser comunes en las placas de prueba de los aficionados, han demostrado una utilidad considerable en aplicaciones informáticas y de inteligencia artificial/aprendizaje automático. Podría decirse que el memristor es el más común hoy en día debido a su descubrimiento anterior (2008 frente a 2019 para los memcapacitores). Pero a medida que se comprende más acerca de los componentes, su utilidad puede crecer exponencialmente.

En este artículo, destacaremos la investigación de Texas A&M para mostrar a los diseñadores cómo se descubrió el comportamiento meminductivo. También discutiremos cómo la trinidad completa de dispositivos "mem" podría resultar útil en el futuro.

El prefijo "mem" indica que un elemento de circuito incorpora algún tipo de memoria. Y aunque la memoria no es de la variedad de acceso aleatorio o de solo lectura, sí permite aprovechar propiedades únicas en aplicaciones emergentes.

Los memristores, por ejemplo, han visto una miríada de usos en investigaciones recientes. En uno de esos ejemplos, se utilizaron memristores para el procesamiento de imágenes inspirados en el reconocimiento de patrones de mamíferos. Los dispositivos memristivos también se han utilizado para realizar arquitecturas de cómputo en memoria, donde un procesador central ya no realiza cálculos gracias a la variabilidad en la resistencia del dispositivo.

En términos simples, los dispositivos "mem" muestran características (resistencia, capacitancia, inductancia) que pueden cambiar según su estado anterior. De esta forma, el elemento tiene "memoria", lo que lo distingue de los dispositivos que no son de memoria y que son independientes de los estados anteriores.

Si bien el meminductor se ha teorizado durante algún tiempo, aún no se ha observado una prueba definitiva de un verdadero dispositivo de dos terminales antes de los hallazgos recientes del grupo Texas A&M. Esto se debe a que la resistencia en serie oscurece efectivamente las propiedades meminductivas, especialmente a bajas frecuencias cuando el efecto deseado es más fuerte.

Para negar los efectos de la resistencia en serie, el grupo adoptó una técnica inteligente que sustraía efectivamente los efectos de la resistencia en serie en el funcionamiento del dispositivo para aislar los efectos de la meminductancia. Dado que la resistencia se puede medir fácilmente e, idealmente, no cambia con la frecuencia, esto hace que el trabajo de encontrar la meminductancia sea casi trivial.

Para crear un meminductor experimental, el grupo de Texas A&M necesitaba un mecanismo que pudiera modificar pasivamente la inductancia en relación con la corriente aplicada. El equipo colocó una bobina enrollada en aire en una barra que contenía parcialmente un material ferromagnético entre dos imanes. En esta configuración [GIF link], a medida que cambiaba la corriente a través de la bobina, la bobina se movía en relación con la barra ferromagnética, cambiando la inductancia.

Los resultados de la configuración experimental (que se muestran en Información complementaria en el documento) demuestran que al restar el conocido efecto de la resistencia en serie, se pueden observar las propiedades meminductivas, lo que proporciona una prueba experimental de meminductancia pasiva de dos terminales.

El nuevo elemento del circuito puede consumir menos energía en dispositivos reactivos y proporcionar una computación más eficiente. Con este nuevo componente, los campos de IA y ML pueden beneficiarse de la computación neuromórfica mejorada, lo que permite aumentos de rendimiento habilitados por hardware. El campo de la computación de alto rendimiento también puede beneficiarse de las propiedades programables del meminductor, lo que permite cálculos complejos o de alta densidad directamente en la memoria sin requerir una carga computacional masiva en la CPU.

La realización física del meminductor ha dado a cada uno de los tres elementos básicos del circuito su contraparte mem. Este desarrollo de la investigación llega en un momento oportuno, ya que la ley de Moore se extiende hasta sus límites. A medida que los ingenieros extienden el impulso que impulsó los desarrollos del siglo pasado, el meminductor podría ayudar a desempeñar un papel en la innovación continua.