Адаптивные чипы с переконфигурируемыми электронными схемами становятся ближе к действительности

Область адаптивной и переконфигурируемой электроники является предметом повышенного интереса, как со стороны исследователей, так и со стороны производителей электроники из-за ее чрезвычайно широких возможностей. Представьте себе единственный чип, способный выполнять задачи, решаемые обычно при помощи отдельных чипов, имеющих различные электронные схемы. В случае необходимости такой чип может стать обработчиком аудиоинформации, а в следующий момент его схема может быть переориентирована на обработку изображений. И такой подход позволит еще больше миниатюризировать различные электронные устройства, существенно снизить количество потребляемой ими дефицитной энергии из аккумуляторных батарей.
Кроме универсализма чипов такой подход позволит создавать чипы, обладающие высочайшим уровнем надежности. Даже в случае выхода из строя некоторых компонентов схема чипа может быть перестроена таким образом, что он сможет продолжать функционировать, используя неповрежденные компоненты, пусть и с некоторой потерей производительности. «Это является крайне эффективным методом поддержания устройств в работоспособном состоянии, особенно когда эти устройства находятся в труднодоступных местах, к примеру, в глубинах космоса» — рассказывает Лео Макджилли (Leo McGilly), исследователь из Швейцарского федерального политехнического университета Лозанны (Swiss Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, EPFL).

Основой такой многообещающей технологии являются так называемые сегнетоэлектрические материалы, в которых, за счет их некоторых свойств, можно создавать токопроводящие и диэлектрические области. Эти токопроводящие области получаются при воздействии на материал электрическим полем с особыми параметрами, при этом, некоторые атомы кристаллической решетки материала меняют свое местоположение, что приводит к кардинальному изменению электрических свойств материала. Используя современные технологии можно создать на поверхности сегнетоэлектрического материала токопроводящие «тропы», шириной в несколько атомов. Единственная и главная проблема заключается в том, что до последнего времени не было технологий точного управления формированием и положением токопроводящих участков материала.

Отсутствующий метод управления токопроводящими участками как раз и был разработан учеными из EPFL. Основой этого метода является многослойная структура материала, который состоит из платиновых слоев по краям и слоя сегнетоэлектрического материала внутри «бутерброда».

«Воздействуя электрическими полями на локальные участки сегнетоэлектрического материала, мы создаем токопроводящие «тропы» в любом месте. Кроме этого, мы можем динамически их перемещать и разрушить, используя отрицательное электрическое поле» — рассказывает Мак Джилли, — «При этом, нам пришлось использовать проводники с низкой электрической проводимостью, что позволило управлять положением токопроводящих участков с высокой точностью. Если бы мы использовали материал с высокой проводимостью, то электрические заряды распространялись бы по материалу очень быстро и токопроводящие области формировались бы в хаотическом порядке».

В настоящее время исследователи уже провели ряд экспериментов, подтверждающий работоспособность разрабатываемой ими технологии. Следующим шагом станет создание первого опытного образца переконфигурируемого чипа, которому пророчится большое будущее. «То, что мы получим возможность создавать токопроводящие участки там, где нам необходимо, позволит нам имитировать процессы, происходящие в мозге, процессы создания новых синапсов, соединяющих нервные клетки» — рассказывает Мак Джилли, — «Такая возможность станет основой функций познания и самообучения, которыми, безусловно, должны обладать электронный мозг будущего и системы искусственного интеллекта».