ウェアラブル、ロボット、インプラント用のリキッド RAM フレックス

柔軟なプラスチック上に構築された有機薄膜トランジスタは、人々が曲げ可能な IC に関するムーアの法則について議論し始めるのに十分長い間存在していましたが、これらの柔軟なエレクトロニクス用のメモリデバイスはもう少しとらえどころがありませんでした。 今回、北京の清華大学の研究者らは、FlexRAMと呼ばれる完全にフレキシブルな抵抗変化型ランダムアクセスメモリデバイスを開発した。これは別のアプローチである液体アプローチを提供する。

雑誌に掲載された研究では 先端材料、研究者らはガリウムベースの液体金属を使用してFlexRAMのデータ書き込みおよび読み取りプロセスを実現しました。 生体模倣の一例では、ガリウムベースの液体金属 (GLM) 液滴は、ニューロンの過分極と脱分極を模倣する溶液環境内で酸化と還元のメカニズムを受けます。

「このブレークスルーは、フレキシブルメモリに関する従来の概念を根本的に変え、将来のソフトインテリジェントロボット、ブレインマシンインターフェースシステム、ウェアラブル/埋め込み型電子デバイスのための理論的基盤と技術的道筋を提供します。」
—Jing Liu、清華大学

これらの正および負のバイアス電圧は、それぞれ情報「1」および「0」の書き込みを定義します。 低電圧を印加すると液体金属が酸化され、高抵抗状態「1」に相当します。 電圧の極性を反転すると、金属は初期の低抵抗状態「0」に戻ります。 この可逆的な切り替えプロセスにより、データの保存と消去が可能になります。

FlexRAM の読み書き機能を実証するために、研究者らは FlexRAM をソフトウェアとハードウェアのセットアップに統合しました。 彼らは、コンピュータ コマンドを通じて、0 と 1 の形式で表される文字と数字の文字列を、1 バイトのデータ情報に相当する 8 つの FlexRAM ストレージ ユニットのアレイにエンコードしました。 コンピューターからのデジタル信号は、パルス幅変調を使用してアナログ信号に変換され、液体金属の酸化と還元が正確に制御されました。

これらの写真は、FlexRAM の中心部にあるガリウムベースの液体金属の酸化と還元の状態を示しています。Jing Liu/清華大学

清華大学生体医工学部教授のJing Liu氏によると、現在のプロトタイプは揮発性メモリだという。 しかし、Liu 氏は、メモリの原理により、このデバイスをさまざまな形のメモリに発展させることができると主張します。

この論争は、電源がオフになっても FlexRAM に保存されたデータが保持されるという珍しい現象によって裏付けられます。 低酸素または無酸素環境では、FlexRAM は最大 43,200 秒 (12 時間) データを保持できます。 また、繰り返し使用が可能で、3,500 サイクル以上の動作にわたって安定した性能を維持します。

「このブレークスルーは、フレキシブルメモリの従来の概念を根本的に変え、将来のソフトインテリジェントロボット、ブレインマシンインターフェイスシステム、ウェアラブル/埋め込み型電子デバイスのための理論的基盤と技術的道筋を提供します」とLiu氏は述べた。

GLM 液滴は、伸縮性のあるバイオポリマーである Ecoflex にカプセル化されています。 研究者らは3Dプリンターを使用してEcoflex金型を印刷し、ガリウムベースの液体金属の液滴とポリ酢酸ビニルヒドロゲルの溶液を金型の空洞に別々に注入した。 ヒドロゲルは溶液の漏れを防ぐだけでなく、デバイスの機械的特性を強化し、その抵抗比を高めます。

「FlexRAM は液体ベースのコンピューティング システム全体に組み込まれ、ロジック デバイスとして機能する可能性があります。」
—Jing Liu、清華大学

現在のプロトタイプでは、8 つの FlexRAM ユニットのアレイに 1 バイトの情報を保存できます。

この概念的なデモンストレーション段階では、動作原理をデモンストレーションするにはミリメートルスケールの解像度の成形で十分である、と Liu 氏は述べています。

「これらの FlexRAM デバイスの考えられるサイズのスケールは広範囲に及ぶ可能性があります」と Liu 氏は述べています。 「たとえば、各液滴メモリ要素のサイズは、ミリメートルからナノスケールの液滴まであります。 興味深いことに、今回の研究で明らかになったように、液滴のサイズが小さいほど、記憶応答はより敏感になります。」

この画期的な研究は、10年以上前にIBMのスチュアート・パーキンなどの研究者によって提案された概念と一致する、脳のような回路の実現への道を切り開きます。 「FlexRAM は液体ベースのコンピューティング システム全体に組み込まれ、ロジック デバイスとして機能する可能性があります」と Liu 氏は構想しています。

研究者やエンジニアが課題に取り組み、技術を改良し続けるにつれて、ソフトロボティクス、ブレインマシンインターフェースシステム、ウェアラブル/埋め込み型エレクトロニクスにおけるFlexRAMの潜在的な応用は重要になる可能性があります。