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Investigadores de Stanford construyen circuitos complejos hechos de nanotubos de carbono
Investigadores de la Universidad de Stanford han construido uno de los circuitos más complejos a partir de nanotubos de carbono hasta ahora. La semana pasada, mostraron un simple robot que movía las manos con un circuito de interfaz de sensor en el Conferencia internacional de circuitos de estado sólido en San Francisco.
Complejidad de carbono: Esta oblea está modelada con un circuito complejo de nanotubos de carbono que sirve como interfaz de sensor.
A medida que los transistores de silicio dentro de las computadoras actuales alcanzan sus límites físicos, la industria de los semiconductores está buscando alternativas, y uno de los más prometedores son los nanotubos de carbono. Los diminutos transistores hechos de estos nanomateriales son más rápidos y más eficientes energéticamente que los de silicio, y los modelos informáticos predicen que los procesadores de nanotubos de carbono podrían consumir un orden de magnitud menos de energía. Pero ha resultado difícil convertir transistores individuales en circuitos de trabajo complejos (consulte Cómo construir una nanocomputadora).
El circuito de demostración de nanotubos de carbono convierte una señal analógica de un condensador, el mismo tipo de sensor que se encuentra en muchas pantallas táctiles, en una señal digital comprensible para un microprocesador. Los investigadores de Stanford manipularon una mano de maniquí de madera con el interruptor capacitivo en la palma. Cuando alguien agarró la mano y encendió el interruptor, el circuito de nanotubos envió su señal a la computadora, que activó un motor en la mano del robot, moviéndolo hacia arriba y hacia abajo para estrechar la mano de la persona.
Otros investigadores han demostrado circuitos de nanotubos simples antes, pero este es el más complejo hecho hasta ahora, y también demuestra que los transistores de nanotubos se pueden fabricar con altos rendimientos, dice Subhasish Mitra , profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática, que dirigió el trabajo con Philip Wong , profesor de ingeniería eléctrica en Stanford.
El circuito de nanotubos sigue siendo relativamente lento: sus transistores son grandes y están muy separados en comparación con los últimos circuitos de silicio. Pero el trabajo es una importante demostración experimental del potencial de la tecnología informática de nanotubos de carbono.
Esto muestra que los transistores de nanotubos de carbono se pueden integrar en circuitos lógicos que funcionan a bajo voltaje, dice Aaron Franklin , que está desarrollando electrónica de nanotubos en el IBM Watson Research Center. Esta hazaña ha sido demostrada por el grupo de Franklin en el nivel de un solo transistor, y otros han demostrado que es teóricamente posible, pero verla en un circuito complejo es importante, dice Franklin.
Trabajar con nanotubos de carbono presenta muchos desafíos: hasta el 30 por ciento de ellos son metálicos, en lugar de semiconductores, con el potencial de quemar un circuito. Los nanotubos también tienden a crecer en una maraña similar a un espagueti, lo que puede hacer que los circuitos cambien de manera impredecible. El enfoque adoptado por el grupo de Stanford es trabajar con sus imperfecciones, ideando técnicas de diseño de circuitos tolerantes a errores que les permitan construir circuitos que funcionen incluso cuando los materiales iniciales sean defectuosos. Queremos aumentar la complejidad del circuito, luego volver a mejorar los métodos de construcción y luego hacer circuitos más complejos, dice Wong.
Esto no es diferente de los primeros días del silicio, dice Ashraf Alam , profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Purdue. En comparación con la electrónica de los teléfonos inteligentes y supercomputadoras de silicio actuales, los primeros transistores de silicio eran de mala calidad, al igual que los primeros circuitos integrados. Pero el silicio superó sus dolores de crecimiento y la industria de los semiconductores perfeccionó la construcción de matrices cada vez más densas de circuitos integrados formados por transistores cada vez más pequeños.
La variación y la imperfección serán el aire que respiramos en la tecnología de semiconductores, dice Wong, no solo para quienes trabajan con nuevos materiales, sino también para la tecnología de silicio convencional. Los chips de última generación de hoy utilizan transistores de 22 nanómetros (miles de millones en cada chip) y hay muy poca variación en su rendimiento; la industria de los semiconductores ha dominado la fabricación de estos diminutos dispositivos a escalas tremendas y con rendimientos muy altos.
El impulso para miniaturizar continuamente los transistores mientras se mantiene un escrupuloso control de calidad ha permitido tecnologías que van desde teléfonos inteligentes y supercomputadoras. Pero los defectos inevitables, a nivel de átomos individuales, pronto conducirán a variaciones en el rendimiento que deberán tenerse en cuenta en el diseño de circuitos. El diseño tolerante a errores tiene que ser parte del camino a seguir, porque nunca lograremos que los materiales sean completamente perfectos, dice Wong.