Descubren revolucionario material que recuerda como un cerebro

El dióxido de vanadio posee una propiedad increíble: “recordar” estímulos externos previos. No hablamos de un material orgánico con vida o que posea estructuras que asemejen a la complejidad de un cerero. Sin embargo, los investigadores afirman que presenta un comportamiento parecido. Es la primera vez que se identifica esta capacidad en un material, aunque podría no tratarse de la última.

Para la industria electrónica, el descubrimiento tiene implicaciones muy interesantes, particularmente en lo que respecta al procesamiento y almacenamiento de datos. La investigación estuvo a cargo del ingeniero eléctrico Mohammad Samizadeh Nikoo, de la Escuela Politécnica Federal de Lausana, en Suiza.

El hallazgo del material que “recuerda” como un cerebro.

“Aquí corroboramos estados estructurales de la vida electrónicamente accesibles en dióxido de vanadio. Mismos que pueden proporcionar un esquema de almacenamiento y procesamiento de datos”, señala el equipo en un comunicado. “Estos dispositivos funcionales parecidos al vidrio tienen potencial para superar a las estructuras MOS [metal-óxido-semiconductor] en aspectos como el consumo de energía, velocidad y miniaturización. También proporcionarían un medio para la computación neuromórfica y memorias de múltiples niveles”.

Recientemente, el dióxido de vanadio (VO2) es promocionado como una alternativa (o complemento) al tradicional silicio que se usa como base en la construcción de dispositivos electrónicos. Y es que tiene mucho potencial para superarlo como semiconductor. A temperaturas por debajo de los 68 °C, el dióxido de vanadio se comporta como un aislante.

Pero, cuándo se rebasa esta temperatura crítica cambia abruptamente sus propiedades a las de un metal con buena conductividad. A esta propiedad, una de las más interesantes del VO2, se le conoce como transición metal-aislante.

Experimento con dióxido de vanadio.

No fue sino hasta 2018 que los científicos comprendieron el mecanismo que activa esta transición. Resulta que la forma en que los átomos se organizan en su malla cambia a medida que sube la temperatura. Y cuando la temperatura baja, el material regresa a su estado original de aislante. Nikoo empezó por estimar el tiempo que le tomaba al VO2 pasar de aislante a metal, y viceversa, realizando mediciones conforme estimulaba el cambio.

Y ese en estos experimentos que se percata de algo intrigante. Aunque el dióxido de vanadio regresaba a su estado original, parecía recordar los estímulos externos recientes. El experimento consistía en suministrar una corriente eléctrica al material, misma que tomó un camino preciso de un lado a otro.

La corriente subió la temperatura del dióxido de vanadio, obligando a cambiar de estado mediante el reacomodo de la estructura atómica. Cuando se cortaba la corriente, la estructura atómica volvía a su sitio. Y cuando replicaron la corriente, las cosas se pusieron interesantes.

“El VO2 parecía ‘recordar’ la primera fase de transición anticipando la próxima”, explica el ingeniero eléctrico Elison Matioli. “Este efecto de memoria resultó inusual, pues no está relacionado a los estados electrónicos, sino a la estructura física del material. Es un hallazgo novedoso, ya que no existe algún otro material que se comporte de la misma forma”.

Revolución en la industria electrónica.

Eventualmente, en la investigación encontraron que el dióxido de vanadio almacenaba alguna clase de datos sobre la corriente recientemente aplicada hasta por tres horas. Aunque, los investigadores confiesan que no contaban con los instrumentos necesarios para determinar si esta retención de datos se hacía por más tiempo.

Este mecanismo es una reminiscencia del comportamiento que tienen las neuronas en un cerebro, células que hacen la función tanto de una unidad de memoria como de un procesador. Según la teoría neuromórfica, un sistema computacional basado en algo como esto podría representar una ventaja real sobre los tradicionales chips y placas de circuitos.

Con esta doble propiedad, el dióxido de vanadio parece cumplir con todos los requerimientos de un dispositivo de memoria: escalabilidad, alta velocidad y potencial para grandes capacidades. Por otro lado, sus propiedades innatas representan una ventaja sobre otros dispositivos de memoria que codifican datos en formato binario mediante estados eléctricos.

Dicho esto, parece que el dióxido de vanadio tiene potencial para revolucionar el mundo de los dispositivos electrónicos.