Un incidente aereo che conferma un primato e consolida una tecnologia: un drone a energia solare si schianta negli Stati Uniti dopo il volo record di 64 giorni in completa autonomia.a

L’esercito degli Stati Uniti in una nota ha comunicato che il 18 agosto scorso il drone Zephyr-8, un aereo senza pilota ad anergia solare realizzato dall’Airbus europeo, dopo aver volato per 64 giorni, ha incontrato eventi che hanno portato alla sua chiusura inaspettata sulla struttura di prova nel deserto di Yuma Proving Ground in Arizona.ai immortalate dai satelliti in orbita intorno alla terra

Il comunicato non ha fornito dettagli, ma il sito web Simple Flying, che studia i dati di tracciamento dei voli online, ha affermato che l’aereo high-tech stava volando a forma di S negli Stati Uniti sud-occidentali tra i 12 ed i 15 km di quota quando è improvvisamente disceso a gran velocità.

Lo Zephyr a energia solare, con un’apertura alare di 25 metri e un peso di soli 75 kg, aveva più che raddoppiato il precedente record di volo per un aereo senza pilota.

Il volo è caduto poco prima del record di tutti i tempi per qualsiasi aereo a elica. 

Nel 1959 infatti, due piloti fecero volare un Cessna 172 (con un motore nuovo di zecca della Continental Motors Corp., dotato di un sistema di iniezione di alcol) nel deserto sudoccidentale degli Stati Uniti per 64 giorni, 22 ore e 19 minuti, facendo rifornimento due volte al giorno da un camioncino che guidava sotto di loro a terra.

Il rifornimento veniva gestito abbassando un gancio tramite un argano fino a un camion di carburante che avrebbe seguito l’aereo su un tratto di strada rettilineo (come si vede nella foto), di solito due volte al giorno.

Per riempire il serbatoio dell’aereo servivano circa tre minuti. Lo stesso sistema è stato utilizzato per raccogliere regolarmente cibo, olio e altre forniture come asciugamani e acqua per la rasatura e il bagno. Un’impresa resa famosa anche da giornali satirici.

L’immagine fa capire bene quali debbano essere state le difficoltà logistiche imposte ai due conducenti dal dover stare per 64 giorni in uno spazio così ridotto. Peggio che gli astronauti delle missioni Gemini degli anni ‘60.

Ma torniamo allo Zephyr che ovviamente non ha avuto questi problemi perché non aveva nessuno a bordo con bisogni fisiologici e necessità alimentari. Ha volato quasi tutto il tempo nella stratosfera, testando la sua capacità di raccogliere e trasmettere dati ed essere diretto tramite connessioni satellitari, secondo l’esercito e l’Airbus.

Ha il potenziale per fungere da “stazione piattaforma ad alta quota” (HAPS: High Altitude Platform Station ), che è un’unità che può rimanere ad alta quota per lunghi periodi fornendo servizi di comunicazione a banda larga alle regioni remote sottostanti.

Una sorta di satellite artificiale “quasi” geostazionario ma a bassissima quota.

Il primo UAS stratosferico del suo genere, Zephyr fornisce una soluzione persistente e adattabile, a differenza di altri velivoli senza pilota. 

La sua persistenza consente la capacità di volare ininterrottamente per mesi, a circa 21 km di quota, al di sopra delle condizioni meteorologiche e del traffico aereo convenzionale. 

È l’unico HAPS ad aver dimostrato la longevità giorno/notte nella stratosfera.

Questo significa che è stato trovato il giusto compromesso tra area utile dei pannelli solari, peso del velivolo, peso delle batterie agli ioni di litio (24 kg) che devono immagazzinare l’energia dei pannelli incamerata in eccesso durante il volo diurno. Grazie a questo, il tempo di volo di Zephyr è carbon neutral.

Altre caratteristiche:

• Zephyr è il principale sistema aereo senza pilota stratosferico solare-elettrico al mondo, con un’apertura alare di 25 m e un peso inferiore a 75 kg. 
• Zephyr porterà nuove funzionalità “See, Sense e Connect” a clienti commerciali, istituzionali e militari.

• Persistenza: il volo persistente di Zephyr non ha rivali, combinando la persistenza di un satellite geostazionario pur mantenendo la manovrabilità simile a quella di un aereo tradizionale o UAS. 
• Latenza: Zephyr è abbastanza vicino alle stazioni di terra (circa 20-:-30 km) da avere poca latenza e offrire un servizio quasi in tempo reale (la latenza di comunicazione attraverso un satellite geostazionario che si trova a 36000 km, è parecchie volte più elevata).
• Complementare alle soluzioni esistenti: colmando il divario tra torri di terra, velivoli convenzionali e satelliti, Zephyr è posizionato perfettamente per completare e migliorare l’infrastruttura esistente.
• Sicuro e protetto: Zephyr è stato in prima linea nell’integrazione degli UAS stratosferici nello spazio aereo, ottenendo approvazioni civili e militari in cinque paesi, in quattro continenti. 
• Funzionalità Beyond Line of Sight (BLOS): dopo il decollo e l’ascesa nella stratosfera entro otto ore, Zephyr navigherà verso la posizione desiderata, che potrebbe essere a centinaia o migliaia di chilometri di distanza. Zephyr sarà controllato da una stazione di controllo a terra in qualsiasi parte del mondo utilizzando le capacità BLOS.
• Celle solari di silicio amorfo a base di GaAs a tripla giunzione metamorfica invertita (IMM) epitassiale lift-off (ELO).
• 2 Motori sincroni da 450 W cadauno a magneti permanenti (brushless) progettati dalla Newcastle University.
• Velocità di crociera: 56 km/h
• Massima altitudine (ceiling): 23 km.
• Carico pagante (utile) di 5 kg.

Zephyr è in grado di supportare un’ampia gamma di capacità di carico utile, tra cui: radar elettro-ottico, infrarosso, iperspettrale, radar a radiofrequenza passiva (RF), radar ad apertura sintetica (SAR), Early Warning, Lidar e sistema di identificazione automatica (AIS), il sistema di osservazione della Terra interno di Airbus progettato per la stratosfera che fornisce immagini e video elettro-ottici da 18 cm, infrarossi da 70 cm e video. È inoltre compatibile con le capacità di elaborazione avanzate di Airbus Intelligence. 

Zephyr ha un’ampia copertura visiva del carico utile di 20 x 30 km che gli consente di fornire una gamma di sorveglianza continua per soddisfare i requisiti della missione, nonché immagini ad alta risoluzione e acquisizione video per la raccolta di informazioni. 

I sensori situati nella stratosfera possono rilevare prontamente i cambiamenti nell’ambiente, raccogliendo dati più precisi.

Per quanto riguarda la connettività, uno Zephyr ha la copertura equivalente a quella di 250 torri cellulari in 4G/5G diretto al dispositivo.

Zephyr è uno di tanti esperimenti prodotti in questo campo. Ne voglio citare alcuni che, a mio avviso, meritano attenzione e che non sono da meno in termini di prestazioni ma che hanno avuto percorsi evolutivi meno edificanti.

Il Boeing SolarEagle (Vulture II) era un velivolo spia solare senza pilota ad alta quota e lunga durata (HALE) sviluppato da Boeing Phantom Works .

L’aereo proposto aveva un’apertura alare di 120 metri ed era destinato a rimanere in volo per un massimo di cinque anni alla volta senza dover atterrare.

Aveva 20 motori dello stesso tipo di quelli dello Zephyr progettato dall’Università di Newcastle . Boeing si è aggiudicata un contratto da 89 milioni di dollari dal programma Vulture della DARPA,  con Boeing che copre il resto. Doveva effettuare il suo primo volo nel 2014, ma nel 2012 il progetto SolarEagle è stato cancellato.

Poi ci ha provato la ARCAspace  con il AirStrato, un veicolo aereo senza pilota di medie dimensioni a energia solare. Erano previste due varianti, AirStrato Explorer con un “ceiling” target di 18 km e AirStrato Pioneer con un ceiling target di 8 km. Si prevedeva di trasportare un carico utile di 45 kg composto da apparecchiature di sorveglianza, strumenti scientifici o batterie aggiuntive per una maggiore autonomia.

Il primo prototipo di volo inaugurale ha avuto luogo il 28 febbraio 2014. Era dotato di un carrello di atterraggio fisso. Furono costruiti altri due prototipi privi di carrello di atterraggio. Invece ARCA ha optato per una catapulta pneumatica come lanciatore e pattini di atterraggio e un paracadute di recupero per l’atterraggio. 

Entrambi i prototipi hanno eseguito test di decollo e atterraggio e voli a bassa quota.

Vedremo proliferare questi UAV per la comunicazione e controllo del territorio. L’avvento del 6G tra qualche anno ne provocherà l’espansione (vi invito a leggere un articolo dedicato al 6G sul numero 54 della nostra rivista “Il C.O.S.Mo. News” in uscita su questo sito il primo settembre). I costi arriveranno ad essere ampiamente competitivi rispetto ai ripetitori a terra ma offriranno contemporaneamente servizi importanti sia dal punto di vista civile che militare.

Commentato da Luigi Borghi.

Tratto ed elaborato da diversi articoli tra cui:

https://www.spacewar.com/reports/Solar-powered_drone_crashes_in_US_after_record_64-day_flight_999.html

https://www.airbus.com/en/products-services/defence/uas/uas-solutions/zephyr

Quando si parla di tornare sulla Luna, si pensa subito a potentissimi razzi, come il SLS della NASA, il Super Heavy (BFR) della SpaceX, il CZ9 cinese o i Enisej e Don russi (di cui, come al solito, si sa poco o nulla) ed a complesse procedure, sistemi di allunaggio e navette di ritorno. Infatti, sono elementi essenziali ed indispensabili, ma non sufficienti!

Sulla Luna e dintorni bisogna muoversi, sapere dove si è e dove si deve andare. Insomma, serve un sistema di navigazione!

Tutto ciò mi ricorda un fatto emblematico accadutomi una decina di anni fa, durante una delle mie serate di astronomia ed astronautica al Parco Ferrari a Modena. Stavo illustrando la spedizione di Apollo 11 e in quel periodo i cosiddetti “complottisti” erano ancora numerosi e convinti. Uno di questi (che durante tutta la mia spiegazione mi aveva guardato con superiorità) alla fine se ne usci con un: “Si informi meglio, sono tutte balle inventate dagli americani! Mi meraviglio che lei ce le venga a raccontare”. Naturalmente ero preparato, non era la prima volta. Quindi cercai di capire quali erano le sue ragioni e la sua risposta mi stupì: “Come hanno potuto andare sulla Luna e muoversi se nel 1969 il GPS non era ancora stato inventato?” Giuro che ne avevo sentite tante dai negazionisti, ma questa mi giunse nuova. Tentai di spiegargli che non era necessario il GPS, che l’intero nostro mondo era stato mappato ed esplorato quando non c’era neanche la radio e la corrente elettrica. Non servì a nulla! Se ne andò convinto della sua tesi.

Gli dissi pure che, ci fosse anche stato il GPS, comunque, non avrebbe funzionato al di fuori della Terra. In effetti questo sistema di satelliti non è stato studiato per servire viaggi spaziali o gite fuori porta sulla Luna.

Ma la NASA si sta dando da fare parecchio per smentire questa mia tesi.

Infatti, presso il Goddard Space Flight Center di Greenbelt, nel Maryland la NASA ha una moltitudine di strumenti a sua disposizione sperimentati in mezzo secolo di esperienza per la navigazione in missioni di esplorazione spaziale in orbita lunare e sulla sua superficie. In alcuni di questi vi è pure il contributo italiano. Ma andiamo con ordine.

Durante le prossime missioni, Artemis, oltre a comprovate capacità di navigazione, utilizzerà tecnologie innovative basate su una solida combinazione di capacità per fornire la disponibilità, la resilienza e l’integrità richieste da un sistema di navigazione in situ. Alcune delle tecniche di navigazione analizzate per Artemis includono: Radiometria, ottimetria e altimetria laser.

La radiometria, l’ottimetria e l’altimetria laser misurano le distanze e la velocità utilizzando le proprietà delle trasmissioni elettromagnetiche. Si misura il tempo impiegato da una trasmissione per raggiungere un veicolo spaziale e lo si divide per la velocità di spostamento della trasmissione (la velocità della luce), ricavandone una distanza.

Queste misurazioni accurate sono state le fondamenta della navigazione spaziale sin dal lancio del primo satellite, fornendo una misurazione accurata e affidabile della distanza tra il trasmettitore e il ricevitore del veicolo spaziale. Allo stesso tempo è possibile osservare la velocità di variazione della velocità del veicolo spaziale tra il trasmettitore e il veicolo spaziale a causa dell’effetto Doppler (la variazione di frequenza percepita da una sorgente in movimento).

La radiometria e l’ottimetria misurano le distanze e la velocità tra un veicolo spaziale e le antenne terrestri o altri veicoli spaziali utilizzando rispettivamente i loro collegamenti radio e i collegamenti di comunicazione ottica a infrarossi. Nell’altimetria laser e nel raggio laser spaziale un veicolo spaziale o un telescopio terrestre riflette i laser sulla superficie di un corpo celeste o un riflettore appositamente designato per giudicare le distanze.

Navigazione ottica.

Le tecniche di navigazione ottica si basano sulle immagini delle telecamere di un veicolo spaziale. Ci sono tre rami principali della navigazione ottica utilizzabili a seconda della distanza dall’obiettivo:

La navigazione ottica basata sulle stelle utilizza oggetti celesti luminosi come stelle, lune e pianeti per la navigazione (Star Trackers). Sono computer armati di obiettivi, come nella immagine, che devono puntare e seguire una o più stelle. L’angolo formato tra la direzione dell’obiettivo e la struttura del mezzo che lo ospita fornisce i valori di rollio, beccheggio ed imbardata, quindi l’assetto di un veicolo spaziale e possono definire la loro distanza dagli oggetti utilizzando gli angoli tra di loro (usati anche nel progetto Apollo).

Quando un veicolo spaziale si avvicina a un corpo celeste, l’oggetto inizia a riempire il campo visivo della telecamera. I “navigatori” (umani o computer) ricavano quindi la distanza del veicolo spaziale dal corpo usando il suo profilo – il bordo apparente del corpo – e il centroide, o centro geometrico calcolato in base all’arco.

All’approccio più vicino, Terrain Relative Navigation utilizza le immagini della telecamera e l’elaborazione del computer per identificare le caratteristiche della superficie note e calcolare la rotta di un veicolo spaziale in base alla posizione di tali caratteristiche nei modelli o nelle immagini di riferimento. Anche questo usato su Apollo.

Segnale debole GPS e GNSS.

Infine, “udite udite”, la NASA sta sviluppando capacità che consentiranno alle missioni sulla Luna di sfruttare i segnali delle costellazioni del Global Navigation Satellite System (GNSS) come il GPS USA. Questi segnali, già utilizzati su molti veicoli spaziali in orbita attorno alla Terra, miglioreranno i tempi, la precisione del posizionamento e aiuteranno i sistemi di navigazione autonomi nello spazio cislunare e lunare.

Ma come faranno ad utilizzare i segnali dei satelliti GPS che hanno le loro antenne rivolte verso la superfice terrestre?

La NASA ha esplorato la fattibilità dell’utilizzo di segnali del lobo laterale (SIDE LOBE) dal lato opposto della Terra, per la navigazione ben al di fuori di quello che era stato considerato il volume del servizio spaziale e nello spazio lunare. Negli ultimi anni, la Missione Magnetosferica Multiscala (MMS) ha persino determinato con successo la sua posizione utilizzando segnali GPS a distanze quasi a metà strada Terra-Luna.

Oltre i 1.800 miglia di altitudine, la navigazione con GPS diventa più impegnativa. Questa distesa di spazio è chiamata Space Service Volume e si estende da 1.800 fino a circa 22.000 miglia (36.000 km) o orbita geosincrona. 

Ad altitudini oltre le costellazioni GNSS stesse gli utenti devono iniziare a fare affidamento sui segnali ricevuti dal lato opposto della Terra.

Dal lato opposto del globo la Terra blocca gran parte dei segnali GNSS (vedi figura in basso), quindi i veicoli nel volume del servizio spaziale devono “ascoltare” i segnali che si estendono ai lati della Terra, che si estendono ad angolo rispetto alle antenne GNSS. 

Formalmente la ricezione GNSS nel volume del servizio spaziale si basa sui segnali ricevuti entro circa 26 gradi dal segnale più forte delle antenne. Tuttavia, la NASA ha avuto un notevole successo utilizzando segnali del lobo laterale GNSS più deboli (che si estendono ad un angolo ancora maggiore dalle antenne) per la navigazione dentro e oltre il volume del servizio spaziale.

Dagli anni ’90 gli ingegneri della NASA hanno lavorato per comprendere le capacità di questi lobi laterali. In preparazione per il lancio del primo satellite meteorologico Geostationary Operational Environmental Satellite-R nel 2016 la NASA ha cercato di documentare meglio la forza e la natura dei lobi laterali per determinare se il satellite possa soddisfare i suoi requisiti.

Un grafico che dettaglia le diverse aree di copertura GNSS.

Crediti: NASA

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/nasa-explores-upper-limits-of-global-navigation-systems-for-artemis

I “navigatori” della NASA hanno simulato la disponibilità del segnale GNSS vicino alla Luna. La loro ricerca indica che questi segnali GNSS possono svolgere un ruolo fondamentale nelle ambiziose iniziative di esplorazione lunare della NASA fornendo accuratezza e precisione senza precedenti (l’avessi saputo 10 anni fa non avrei infierito così tanto sul povero complottista!)

La NASA sta lavorando ad un approccio interoperabile che consentirebbe alle missioni lunari di sfruttare più costellazioni contemporaneamente. I veicoli spaziali vicino alla Terra ricevono abbastanza segnali da una singola costellazione per calcolare la loro posizione. Tuttavia, a distanze lunari, i segnali GNSS sono meno numerosi. Le simulazioni mostrano che l’utilizzo di segnali da più costellazioni migliorerebbe la capacità delle missioni di calcolare la loro posizione in modo coerente.

Per dimostrare e testare questa capacità sulla Luna, la NASA sta progettando il Lunar GNSS Receiver Experiment (LuGRE), sviluppato in collaborazione con l’Agenzia Spaziale Italiana (eccoci qua! Ci siamo anche noi!)

LuGRE volerà su una delle missioni commerciali Lunar Payload Services della NASA e prevede di farlo atterrare sul bacino del Mare Crisium della Luna nel 2023.

LuGRE riceverà segnali sia dal GPS che da Galileo (il GNSS gestito dall’Unione Europea). 

I dati raccolti verranno utilizzati per sviluppare sistemi GNSS lunari operativi per future missioni sulla Luna. 

 Servizi di navigazione LunaNet

LunaNet è un’architettura di comunicazione e navigazione unica sviluppata dal programma Space Communications and Navigation (SCaN) della NASA. Gli standard, i protocolli ed i requisiti di interfaccia comuni di LunaNet estenderanno l’internetworking alla Luna offrendo flessibilità e accesso ai dati senza precedenti.

Per la navigazione l’approccio LunaNet offre indipendenza operativa e maggiore precisione combinando molti dei metodi di cui sopra in un’architettura senza soluzione di continuità. 

Il software di navigazione autonoma sfrutta misurazioni come radiometria, navigazione celeste, altimetria, navigazione relativa al terreno e GNSS per eseguire la navigazione a bordo senza contatto con operatori o risorse sulla Terra e consentendo ai veicoli spaziali di manovrare indipendentemente dai controllori della missione terrestre. 

Questo livello di autonomia consente la reattività all’ambiente spaziale dinamico.

La navigazione autonoma può essere particolarmente utile per l’esplorazione dello spazio profondo, dove il ritardo delle comunicazioni può ostacolare la navigazione in situ. Ad esempio, le missioni su Marte devono attendere da otto a 48 minuti per le comunicazioni di andata e ritorno con la Terra, a seconda delle dinamiche orbitali. Durante le manovre critiche i veicoli spaziali necessitano del processo decisionale immediato che il software autonomo può fornire.

Insomma, anche sulla Luna o su Marte avremo un dispositivo, come quello nella illustrazione, che pur non essendo un GPS ci garantirà più o meno lo stesso servizio con qualche cosa in più

Commentato da Luigi Borghi.

Link correlati

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2021/nasa-engineers-analyze-navigation-needs-of-artemis-moon-missions

https://www.nasa.gov/SCaN/

Un ragazzo che oggi esce dalla università, da un istituto tecnico o da un liceo, non rimarrà stupito da una notizia del genere. Ma uno come me che i transistor li ha maneggiati uno ad uno, prima quelli al germanio (un po’ complicato da pilotare) e poi quelli al silicio, rimane a bocca aperta.

Come progettista hardware ho vissuto tutto il cambiamento: dalle valvole termoioniche degli anni 50, ai transistor degli anni 60, poi i circuiti integrati degli anni 70, i microprocessori degli anni 80 per terminare con i microcontrollori degli anni 90 del secolo scorso. Ho finito con un Arduino!

Da sempre, nella progettazione di automazione e computing, c’è stato il problema della memoria ritentiva.

La memoria ritentiva ideale deve essere: velocissima, ad accesso casuale (cioè una RAM), piccolissima, consumi prossimi allo zero e, naturalmente, ricordarsi di ciò che ha in testa anche dopo una perdita di alimentazione.

Questi erano i miei transistor negli anni Sessanta. (… ma non si ricordavano di nulla!)

(Prodotti dalla Texas Instruments, si vede il profilo dello stato USA sul contenitore)

Di memorie ne sono state inventate tantissime, basate su diverse tecnologie, ma tutte quante dovevano sacrificare una o più di queste caratteristiche. Ai tempi del progetto Apollo (metà anni Sessanta), la soluzione fu la memoria a nuclei in ferrite (core) che era veloce (per gli standard di allora) era ad accesso casuale, ma non era di certo piccola. I singoli bit (gli anellini di ferrite che stazionavano all’incrocio dei cavi di indirizzo e di “sense”) si potevano vedere ad occhio nudo. Si è passato poi alle RAM CMOS che avevano tutte queste caratteristiche (anche se molto più voluminose delle DRAM) ma mantenevano i dati solo perché avevano una batteria che gli garantiva l’alimentazione.

Finita la batteria, addio memoria.

Oggi invece la più soddisfacente soluzione è la combinazione Flash memory (che hanno sostituito gli Hard Disk) con le DRAM. Le prime ritengono i dati anche in mancanza di tensione (onestamente non si sa ancora bene per quanto tempo, ma probabilmente più di un decennio), ma li restituiscono non in modo random ma seriale. Insomma, ci vuole qualche decina di secondi di pazienza. Poi questi dati vengono memorizzati nella DRAM e a questo punto si va a scheggia! C’è da aggiungere che le Flash memory non “godono” quando le scrivi e con l’andar del tempo ti piantano in asso. (mediamente su un PC, meno di dieci anni)

L’articolo che vi propongo oggi invece vi parla dei risultati di una ricerca su un principio che già si conosceva da tempo e cioè la Commutazione resistiva non volatile (NVRS).

Queta tecnologia, nota anche come memristor, consiste sostanzialmente in un componente elettronico passivo a due terminali (come una resistenza, un condensatore o una induttanza), ma che può cambiare la sua resistenza interna e ricordarsi di averlo fatto!

Sebbene il memristore fosse stato teorizzato e descritto sin dal 1971 da parte di Leon Chua dell’Università di Berkeley, in un articolo pubblicato su IEEE Transactions on Circuit Theory, è rimasto un dispositivo teorico fino a pochi anni fa.

Si tratta di un bipolo in cui una variazione di carica elettrica, dà luogo ad una variazione di flusso magnetico e quindi ad una tensione, che dovrebbe localizzarsi ai capi del componente. (Fonte Wikipedia).

Quando la tensione viene fornita attraverso gli elettrodi di platino, gli atomi di Tio2 si diffonderanno a destra o a sinistra nel materiale in base alla polarità della tensione che rende più sottile o più spesso, quindi dà una trasformazione in resistenza.

Il memristore ha la proprietà di “ricordare” lo stato elettronico e di rappresentarlo mediante segnali analogici. Un circuito di questo tipo consentirebbe di realizzare calcolatori con accensione istantanea, senza la necessità di ricaricare il sistema operativo a ogni avvio.

Il circuito, infatti, conserva l’informazione anche in assenza di corrente elettrica, quando il calcolatore è spento.

La capacità di memorizzare segnali analogici anche nelle memorie allo stato solido non volatili consentirebbe di memorizzare ed elaborare una mole di dati molto maggiore di quella trattata con i circuiti digitali, in grado di rappresentare solo due stati (0 ed 1).

Il memristore apre a una nuova generazione di memorie e di potenze di calcolo.

Promette una capacità di circa 25 terabit per centimetro quadrato. Questa è una densità di memoria 100 volte superiore per strato rispetto ai dispositivi di memoria flash disponibili in commercio.

La fine delle flash memory e dei dischi rigidi.

Nell’ultimo decennio si sono avute notevoli progressi nei materiali di commutazione resistiva non volatili come gli ossidi metallici e gli elettroliti solidi. Si è creduto a lungo che le correnti di perdita avrebbero impedito l’osservazione di questo fenomeno per strati isolanti nanometrici-sottili. Tuttavia, la recente scoperta della commutazione resistiva non volatile in monostrati bidimensionali di dicalcogenide metallica di transizione e nitruro di boro esagonale le strutture sandwich (note anche come atomristors) hanno confutato questa convinzione e aggiunto una nuova dimensione dei materiali grazie ai vantaggi del ridimensionamento delle dimensioni.

L’imaging atomistico e la spettroscopia rivelano che la sostituzione del metallo in un posto vacante di zolfo si traduce in un cambiamento non volatile nella resistenza, che è confermato da studi computazionali su strutture di difetti e stati elettronici.

Questi risultati forniscono una comprensione atomistica della commutazione non volatile e aprono una nuova direzione nell’ingegneria dei difetti di precisione, fino a un singolo difetto, verso il raggiungimento del più piccolo memristor per applicazioni in memoria ultra-densa, calcolo neuromorfico e sistemi di comunicazione a radiofrequenza.

Commentato da Luigi Borghi

Eccovi l’articolo tradotto.

https://www.sciencedaily.com/releases/2020/11/201123161014.htm https://qnewshub.com/technology/worlds-smallest-atom-memory-unit-created/

È stata creata la più piccola unità di memoria retentiva atomica al mondo.

Da Staff Writers Austin TX. (SPX) 27 novembre 2020.

Chip più veloci, più piccoli, più intelligenti e più efficienti dal punto di vista energetico per tutto, dall’elettronica di consumo ai big data, all’informatica ispirata al cervello potrebbero presto essere in arrivo dopo che gli ingegneri dell’Università del Texas ad Austin hanno creato il dispositivo di memoria più piccolo di sempre.

E nel processo, hanno capito la dinamica fisica che sblocca dense capacità di archiviazione della memoria per questi piccoli dispositivi.

La ricerca pubblicata di recente su Nature Nanotechnology si basa su una scoperta di due anni fa, quando i ricercatori hanno creato quello che allora era il dispositivo di archiviazione della memoria più sottile. In questo nuovo lavoro, i ricercatori hanno ridotto ulteriormente le dimensioni, riducendo l’area della sezione trasversale a un solo nanometro quadrato.

Ottenere un controllo sulla fisica che impacchetta la capacità di archiviazione della memoria densa in questi dispositivi ha permesso di renderli molto più piccoli. Difetti o buchi nel materiale forniscono la chiave per sbloccare la capacità di archiviazione della memoria ad alta densità.

“Quando un singolo atomo metallico aggiuntivo entra in quel buco su scala nanometrica e lo riempie, conferisce parte della sua conduttività nel materiale, e questo porta a un cambiamento o a un effetto memoria”, ha detto Deji Akinwande, professore presso il Department of Electrical and Computer Engineering.

Sebbene abbiano usato il disolfuro di molibdeno – noto anche come MoS2 – come nanomateriale primario nel loro studio, i ricercatori pensano che la scoperta potrebbe applicarsi a centinaia di materiali atomicamente sottili correlati.

La corsa per realizzare chip e componenti più piccoli è tutta legata alla potenza ed alla convenienza. Con processori più piccoli, è possibile creare computer e telefoni più compatti. Ma ridurre i chip riduce anche il loro fabbisogno energetico e aumenta la capacità, il che significa dispositivi più veloci e intelligenti che richiedono meno energia per funzionare.

“I risultati ottenuti in questo lavoro aprono la strada allo sviluppo di applicazioni di generazione futura che interessano il Dipartimento della Difesa, come lo storage ultra-denso, i sistemi di calcolo neuromorfico, i sistemi di comunicazione a radiofrequenza e altro ancora”, ha dichiarato Pani Varanasi, program manager del U.S. Army Research Office, che ha finanziato la ricerca.

Il dispositivo originale – soprannominato dal team di ricerca “atomristor” – era all’epoca il dispositivo di memorizzazione più sottile mai registrato, con un singolo strato atomico di spessore. Ma ridurre un dispositivo di memoria non significa solo renderlo più sottile, ma anche costruirlo con un’area di sezione trasversale più piccola.

“Il Santo Graal scientifico per il ridimensionamento sta scendendo a un livello in cui un singolo atomo controlla la funzione di memoria, e questo è ciò che abbiamo realizzato nel nuovo studio”, ha detto Akinwande.

Il dispositivo di Akinwande rientra nella categoria dei memristors, una popolare area di ricerca sulla memoria, incentrata sui componenti elettrici con la capacità di modificare la resistenza tra i suoi due terminali senza la necessità di un terzo terminale nel mezzo noto come gate. Ciò significa che possono essere più piccoli dei dispositivi di memoria di oggi e vantare una maggiore capacità di archiviazione. Questa versione del memristor – sviluppata utilizzando le strutture avanzate dell’Oak Ridge National Laboratory – promette una capacità di circa 25 terabit per centimetro quadrato. Questa è una densità di memoria 100 volte superiore per strato rispetto ai dispositivi di memoria flash disponibili in commercio.