Memória piezotrônica interliga eletrônica com mundo biológico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/07/2011

A memória resistiva piezoelétrica é fabricada em um substrato flexível, o que permite sua integração com a eletrônica orgânica, em circuitos ligados e acionados pelo corpo humano.
[Imagem: Georgia Tech/Gary Meek]

Casamento de velocidades

Cientistas criaram um novo tipo de memória, chamada piezotrônica, na qual as células de memória são controladas por impulsos eletromecânicos.

Esses novos dispositivos podem ser a solução para que as ações mecânicas do mundo cotidiano, sobretudo do mundo biológico, liguem-se de forma mais natural com os computadores e outros circuitos eletrônicos.

A memória resistiva modulada piezoeletricamente (PRM: piezoelectrically modulated resistive memory) não tem pretensão de substituir as rapidíssimas memórias de computador, mas é uma solução ideal para casar as diferenças de velocidade entre os computadores e o mundo exterior.

Interface entre biologia e eletrônica

A memória piezoelétrica tira proveito do fato de que a resistência dos materiais semicondutores piezoelétricos, como o óxido de zinco (ZnO), pode ser controlada através da aplicação de uma tensão mecânica.

A mudança na resistência pode ser detectada eletronicamente, fornecendo uma maneira simples de se obter um sinal eletrônico a partir de uma ação mecânica.

A base da nova memória é um transístor acionado mecanicamente, criado em 2010 pela equipe do professor Zhong Lin Wang, do Instituto de Tecnologia da Geórgia, nos Estados Unidos. O Dr. Wang tornou-se uma referência mundial no uso de nanofios de óxido de zinco, que são elementos piezoelétricos, sobretudo para a fabricação de nanogeradores de energia.

"Nós podemos fornecer a interface entre a biologia e a eletrônica", diz ele agora. "Esta tecnologia, que se baseia nos nanofios de óxido de zinco, permite a comunicação entre uma ação mecânica no mundo biológico e dispositivos convencionais no mundo eletrônico."

Transístor piezotrônico

Nos transistores eletrônicos convencionais, o fluxo de corrente entre uma fonte (coletor) e um dreno (emissor) é controlado pela tensão aplicada em uma porta (base) ligada ao dispositivo: a tensão na porta determina se o dispositivo está ligado ou desligado.

Na memória piezotrônica, ou piezoeletrônica, essa tensão na porta de controle do transístor é produzida por um dispositivo que gera a energia quando é deformado ou pressionado mecanicamente.

A carga piezoelétrica gerada pela deformação controla a corrente que flui através dos nanofios de óxido de zinco, que são o coração da memória piezotrônica: a carga cria uma polaridade nos nanofios e aumenta sua resistência elétrica, modulando a corrente elétrica que flui por eles.

"Nós estamos substituindo a aplicação de uma tensão externa pela produção de uma tensão interna," explicou Wang.

As células de memória piezotrônica operam em baixas frequências, que são adequadas para registrar o tipo de sinal gerado biologicamente que elas vão gravar.
[Imagem: Georgia Tech/Gary Meek]

Memória piezotrônica

A pressão mecânica afeta o fluxo de corrente na memória em apenas uma direção, dependendo se a tensão é de tração ou de compressão.

Isso significa que a memória armazenada nos dispositivos piezotrônicos tem tanto um sinal quanto uma magnitude, o que permite que a informação nesta memória possa ser lida, processada e armazenada através de meios eletrônicos convencionais.

Os pesquisadores construíram um "pente" experimental com 20 células de memória, demonstrando a possibilidade da escrita, leitura e apagamento dos dados, e da reutilização das células em ciclos repetitivos.

Segundo Wang, as células de memória piezotrônica operam em baixas frequências, que são adequadas para registrar o tipo de sinal gerado biologicamente que elas vão gravar.

Usos práticos

A tensão mecânica de controle das memórias pode vir de atividades mecânicas tão diversas quanto a assinatura de um nome com uma caneta, o movimento de um atuador em um nanorrobô ou atividades biológicas do corpo humano, como as batidas do coração ou o movimento do peito durante a respiração.

Outra possibilidade de uso é na construção de sistemas nanoeletromecânicos (NEMS) completamente auto-alimentados e totalmente integrados dentro de um único chip.

"Estamos dando mais um passo em direção à meta de sistemas completos auto-alimentados," disse Wang. "O desafio agora é torná-los pequenos o suficiente para serem integrados em um único chip. Acreditamos que estes sistemas vão resolver problemas importantes na vida das pessoas."

Wang acredita que esta nova memória vai se tornar cada vez mais importante, à medida que os equipamentos eletrônicos tornam-se mais intimamente ligados a diversas atividades humanas, viabilizando o conceito de computação onipresente.

A possibilidade, já demonstrada, de construir estes dispositivos em substratos flexíveis, significa que eles podem ser usados no corpo, eventualmente integrados com os também flexíveis circuitos construídos com eletrônica orgânica.

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