Chinezen introduceren vloeibaar geheugen

In China is het eerste computergeheugen gemaakt dat bestaat uit vloeibaar metaal. FlexRam bestaat uit druppels op basis van vloeibaar gallium, ingekapseld in Ecoflex, een rekbaar biopolymeer.

Het onderzoek van de Tsinghua Universiteit in Beijing is gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Materials.

De druppels vloeibaar metaal op basis van gallium (GLM) ondergaan oxidatie- en reductiemechanismen in een oplossingsomgeving die de hyperpolarisatie en depolarisatie van neuronen nabootst. De positieve en negatieve ladingen fungeren als de informatie ‘1’ en ‘0’. Als er een lage spanning wordt toegepast, wordt het vloeibare metaal geoxideerd, wat overeenkomt met de hoge-weerstandstoestand van ‘1’. Door de spanningspolariteit om te keren, keert het metaal terug naar de oorspronkelijke lage-weerstandstoestand van ‘0’. Dit omkeerbare schakelproces maakt het opslaan en wissen van gegevens mogelijk.

Om de lees- en schrijfmogelijkheden van FlexRam te demonstreren, integreerden de onderzoekers het in een software- en hardwareopstelling. Via computeropdrachten codeerden ze een reeks letters en cijfers, voorgesteld in de vorm van 0’s en 1’s, op een reeks van acht FlexRam-opslagunits, wat overeenkomt met 1 byte aan gegevensinformatie. Het digitale signaal van de computer werd omgezet in een analoog signaal met behulp van pulsbreedtemodulatie om de oxidatie en reductie van het vloeibaar metaal nauwkeurig te regelen.

Geen stroom, geen probleem

Opgeslagen gegevens blijven ook bewaard als de stroom wordt uitgeschakeld. In een zuurstofarme of zuurstofloze omgeving kan FlexRam zijn gegevens tot 12 uur vasthouden. Het vertoont herhaalbaar gebruik en behoudt stabiele prestaties gedurende meer dan 3500 gebruikscycli.

Ecoflex

De GLM-druppels zijn ingekapseld in Ecoflex, een rekbaar biopolymeer. De onderzoekers 3D-printten Ecoflex mallen en injecteerden de GLM druppels en een oplossing van polyvinylacetaat-hydrogel afzonderlijk in de holtes van de mal. De hydrogel voorkomt weglekken van de oplossing en verbetert de mechanische eigenschappen van het apparaat, waardoor de weerstand toeneemt.

Hoe kleiner, hoe gevoeliger

“De denkbare schaalgrootte voor deze FlexRam-apparaten kan sterk variëren,” aldus Jing Liu, professor aan de afdeling biomedische techniek. “De grootte van elk van de druppelgeheugenelementen kan bijvoorbeeld variëren van millimeter- tot nanoschaaldruppeltjes. Het is interessant om te zien dat hoe kleiner de druppelgrootte is, hoe gevoeliger de geheugenrespons.