Miniaturização da Metrologia quer um INMETRO dentro de um chip

Redação do Site Inovação Tecnológica - 17/11/2025

A ideia é que os grandes laboratórios de metrologia sejam miniaturizados até caber dentro de chips.
[Imagem: Site Inovação Tecnológica]

Constantes fundamentais

Desde 2019, todas as unidades básicas do Sistema Internacional de Unidades (SI) - incluindo o metro, o segundo e o quilograma - são baseadas em constantes naturais fundamentais. Por exemplo, o quilograma, que antes era baseado em um cilindro de metal armazenado na França, agora está vinculado à constante de Planck (h), o metro é definido em relação à velocidade da luz e o segundo à oscilação do átomo de césio. Assim, usando interferômetros a laser e relógios atômicos, as unidades de comprimento e tempo podem ser verificadas com relativa facilidade em qualquer parte do mundo.

Mas situação é bem diferente para grandezas físicas como massa e unidades elétricas. Sua rastreabilidade metrológica é tão complexa que as medições são viáveis apenas em um pequeno número de institutos nacionais de metrologia.

O efeito Hall quântico, por exemplo, que funciona como padrão para a resistência elétrica, fornece valores altamente precisos e reproduzíveis, mas exige condições laboratoriais extremas, sob temperaturas próximas do zero absoluto e campos magnéticos intensos.

A novidade é que dá para fazer o mesmo usando um componente eletrônico de estado sólido muito simples, o memoristor, aquele mesmo que funciona como o "transístor" dos computadores neuromórficos, projetados para imitar o funcionamento do cérebro.

Gianluca Milano e demais membro de uma colaboração internacional demonstraram experimentalmente que os memoristores permitem calibrar facilmente a resistência elétrica para determinadas aplicações sem a necessidade de laboratórios grandes e complexos.

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A base deste avanço é a condutância elétrica quantizada G₀, derivada da constante de Planck h e da carga elementar e.
[Imagem: Gianluca Milano et al. - 10.1038/s41565-025-02037-5]

Memoristor com referência da resistência elétrica

A equipe demonstrou que os memoristores podem fornecer valores de resistência elétrica estáveis diretamente relacionados a constantes fundamentais da natureza. Deste modo, eles podem se tornar um novo padrão muito mais simples do que os sistemas atuais para calibrações dessa grandeza.

Desenvolvidos originalmente como o quarto componente fundamental da eletrônica, os memoristores rapidamente se tornaram os blocos de construção para novas arquiteturas de computação, como memórias não voláteis e circuitos neuromórficos, que emulam as computações do cérebro. A novidade é que eles apresentam um comportamento de comutação (liga e desliga) que segue diretamente constantes universais.

Funcionalmente, os memoristores são resistores programáveis - essencialmente resistores com memória, que se "lembram" da corrente que passou por eles anteriormente, ajustando-se a ela. Em outras palavras, a resistência elétrica dos memoristores pode ser alterada pela aplicação de tensões ou correntes externas.

Durante seu funcionamento, formam-se em seu interior nanofilamentos condutores, formados pelo alinhamento de átomos individuais de prata. Ao aplicar uma tensão elétrica, esses filamentos podem ser ajustados com precisão atômica, de modo que sua condutância mude não continuamente, mas em passos quânticos discretos. E é justamente isso o que leva a precisão da medição da resistência elétrica a um novo patamar, um patamar com precisão suficiente para aplicações metrológicas.

"Nós confirmamos que os memoristores podem gerar de forma confiável estados de resistência discretos que estão diretamente relacionados a constantes universais da natureza," reforçou o professor Enrico Miranda, da Universidade Autônoma de Barcelona, na Espanha.

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O conceito é chamado de "instituto nacional de metrologia dentro de um chip".
[Imagem: Gianluca Milano et al. - 10.1038/s41565-025-02037-5]

Instituto Nacional de Metrologia em um chip

A abordagem consiste em um conceito que os pesquisadores chamam de "INM-em-um-chip", onde INM é a sigla para instituto nacional de metrologia - um laboratório gigantesco, com tecnologia de ponta, condensado em um microchip. A expectativa é que, no futuro, esse conceito viabilize coisas como um dispositivo de medição com sua referência de resistência integrada diretamente em um de seus chips.

Isso deverá dispensar todas as longas cadeias de calibração, desde medições em institutos de metrologia, resistores de referência e calibradores de precisão, até a calibração de dispositivos do usuário final. Em vez de enviar repetidamente um multímetro para o laboratório de calibração, por exemplo, ele poderia se autoverificar internamente, por meio de um padrão de calibração integrado - apenas mais um chip em seu circuito.

As aplicações vão desde procedimentos de calibração simplificados na indústria até sistemas de medição móveis e padrões portáteis para pesquisa em campo ou no espaço. "Estamos no início de uma mudança de paradigma - deixando de lado instalações complexas de grande escala e caminhando em direção a padrões intrínsecos, com precisão quântica, que podem ser integrados em qualquer chip," afirmou o professor Jordi Suñé, membro da equipe.

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