Eletrônica

Processador mecânico resiste à radiação de um reator nuclear

Processador mecânico resiste à radiação de um reator nuclear
Dois tipos de portas lógicas mecânicas. A da esquerda é do tipo "OU Exclusivo", e a da direita é um "AND".[Imagem: Massood Tabib-Azar/University of Utah]

Computador mecânico

As calculadoras eletrônicas aposentaram as calculadoras mecânicas e os computadores aposentaram as máquinas de escrever.

Quem então poderia estar interessado em um computador mecânico?

A resposta vem rápida: todos aqueles que lidam com aplicações sujeitas e elevados níveis de radiação.

Isso envolve todos os circuitos que devem funcionar no espaço, como satélites de comunicação, sondas espaciais e naves, atuais ou futuras.

Aqui embaixo, os exemplos incluem usinas nucleares e salas de exames médicos onde são usados equipamentos radiológicos.

Isto porque a radiação ionizante interfere fortemente com os circuitos eletrônicos, o que exige que, para esses usos, todos os chips precisem ser fortemente blindados.

Portas lógicas mecânicas

Cientistas já criaram um processador a ar, uma memória RAM líquida e acreditam ser possível construir um computador que funcione com calor.

Agora, Faisal Chowdhurya e seus colegas da Universidade de Utah, nos Estados Unidos, construíram portas lógicas, elementos capazes de executar cálculos básicos, inteiramente mecânicas.

As portas lógicas são formadas por unidades compostas por duas lâminas superpostas, que se cruzam, tendo no centro do cruzamento um eletrodo de tungstênio. Quando uma carga elétrica é aplicada aos eletrodos, as duas se atraem e fecham o contato.

Quando elas estão abertas está representado um 0, e 1 quando elas se fecham.

Circuitos à prova de radiação

Cada uma das portas lógicas substitui 14 transistores eletrônicos - cada chave é um MEMS (micro-electro-mechanical system, ou sistema microeletromecânico).

Por outro lado, as portas lógicas mecânicas medem 25 micrômetros quadrados, o que é 1.000 vezes maior do que os transistores atuais.

Contudo, o objetivo do projeto não é equivaler a miniaturização dos processadores eletrônicos, mas construir processadores à prova de radiação. E, como não possuem canais semicondutores, os MEMS não são afetados pela radiação.

Os cientistas comprovaram isto colocando seus "processadores mecânicos" no interior do reator nuclear de pesquisas da Universidade. Eles funcionaram lá dentro durante três testes, cada um com duração de duas horas.

Processador mecânico resiste à radiação de um reator nuclear
Três tipos de circuitos montados com as chaves lógicas mecânicas: um multiplexador de 2 bits (esquerda), um adicionador (centro) e um adicionador completo de 2 bits (direita). [Imagem: Massood Tabib-Azar/University of Utah]

"Equipamentos eletrônicos precisam de um canal semicondutor para transportar a corrente, e esse canal é controlado por cargas elétricas," explica o professor Massood Tabib-Azar, coordenador da equipe. "A radiação cria correntes no interior do canal semicondutor, e isso destrói a capacidade do circuito em controlar a corrente, e o sinal se perde."

Casos de radiações mais intensas podem ser mais danosos, literalmente "fritando" os transistores.

O pesquisador cita o caso dos robôs usados para inspecionar os reatores nucleares de Fukushima.

"Os robôs foram enviados para monitorar os reatores, mas eles pararam de funcionar em poucas horas porque sua parte eletrônica pifou," disse Tabib-Azar.

Problemas dos MEMS

MEMS, contudo, têm seus próprios problemas, como uma tendência de que suas peças grudem umas nas outras ou, ao contrário, desgastem-se rapidamente pelo atrito.

O pesquisador defende sua abordagem, afirmando que o fato de que cada MEMS substitui uma porta lógica inteira, e não um transístor, pode ser menos problemático.

Além disso, "chaves mecânicas normalmente exigem tensões elevadas para serem acionadas. Nós deixamos intervalos muito pequenas entre as pontes nas portas lógicas, e isso nos permite ativá-las com 1,5 volt," afirma.

Bibliografia:

Single-device "XOR" and "AND" gates for high speed, very low power LSI mechanical processors
Faisal K. Chowdhurya, Daniel Saabb, Massood Tabib-Azara
Sensors and Actuators
Vol.: In Press
DOI: 10.1016/j.sna.2012.05.005




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