Sistema inovador brasileiro preserva memória do computador se energia cair

Daniela Cristina Fevereiro 24, 2023 5 min read

Cientistas da USP, desenvolveram um sistema inovador, com grafeno, que preserva a memória do computador mesmo quando a energia cai. A queda e a oscilação de energia são o terror para quem usa computador porque quando isso acontece arquivos e jogos abertos são reiniciados a partir do estado em que foram salvos pela última vez.

Mas os pesquisadores brasileiros provaram que é possível evitar os prejuízos e ainda recuperar o que não foi salvo. Marina Sparvoli, pós-doutoranda do Instituto de Física (IF) da USP, em colaboração com outros pesquisadores da Universidade de São Paulo, desenvolveu um mecanismo de memória baseado nos “memristores” a partir de materiais nunca antes combinados.

Colocando em uso as máquinas feitas com memristores, dispondo de memória resistiva (ReRAM), não haverá a divisão das informações dos eletrônicos em unidade de armazenamento (que não depende de energia) e memória instantânea (que apaga com o aparelho desligado).

Como funciona o sistema inovador

O protótipo

O protótipo consiste numa camada de grafeno depositada entre contatos de indium tin oxynitride (Iton) – um semicondutor ainda pouco pesquisado – e de alumínio, como um sanduíche

Apesar de terem sido teorizados pela primeira vez em 1971, pelo filipino Leon Ong Chua, os mecanismos resistivos só começaram a ser testados em 2008, com a introdução da nanotecnologia.

A grande vantagem é que, ao contrário das memórias de eletrônicos atuais, as informações contidas nas memórias resistivas não somem quando o aparelho é desligado. Ainda não existem computadores com essa tecnologia, por isso os testes são feitos em estações de prova de semicondutores (probe station).

Os computadores, videogames e smartphones que usamos no dia a dia possuem as chamadas memórias de acesso aleatório (RAM). Esse é um tipo de armazenamento volátil de leitura e escrita.

Como funciona o sistema inovador

A geladeira da memória

Ao contrário dos componentes de armazenamento de dados, onde gravamos os arquivos, elas são rápidas o suficiente para trabalhar com as entradas e os programas executados continuamente enquanto usamos o aparelho.

Essas informações normalmente ficam disponíveis apenas enquanto a máquina está ligada. Por isso, todos dados voláteis são perdidos quando reiniciamos o dispositivo.

Marina Sparvoli fez uma comparação da RAM com a vida cotidiana: “A RAM é a geladeira e a memória principal é o supermercado”.

No caso da memória ReRAM, porém, os dados continuam disponíveis na falta de energia, sem prejuízo da velocidade de acesso e de escrita. Além dessa grande vantagem, os componentes eletrônicos desse tipo são minúsculos e também permitirão a fabricação de aparelhos muito mais velozes.

A explicação

Quando é ligado um computador convencional, o sistema operacional — como Windows, MAC OS, Linux ou Android — é copiado do dispositivo de armazenamento de dados, mais lento, para a memória RAM, de alta velocidade.

O processo é demorado, por exemplo, seria dispensado com o uso das memórias ReRAM. Além disso, os memristores são minúsculos, compreendendo algumas poucas centenas de átomos de espessura, e podem se comportar como conexões neurais biológicas.

Este tipo de memória trabalha com estados de resistência alta e baixa, que correspondem ao código binário da linguagem de máquina (0 e 1).

Já nos computadores convencionais, essa escrita é representada pelas tensões (∆V) — e não pela resistência (Ω) — baixa (0) e alta (1).

Os filamentos de memristores podem ocorrer na escala dos nanômetros, ou seja, de milionésimos de milímetro (0,000.000.001 metro), o que promete uma infinidade de informações salvas em um minúsculo espaço de armazenamento.

Marina Sparvoli, que desenvolveu o sistema inovador para preservar memória de computadores

Como começou

As investigações de Marina com memristores começaram em 2016, quando era professora visitante do programa de pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais na UFABC e pós-doutoranda em Ciência da Computação pela mesma universidade.

Atualmente, ela tem dois pós-doutorados e desenvolve outra patente. Trata-se de uma técnica de fabricação da celulose bacteriana (ou biofilme), que pode ser obtida através de fermentação de chá verde (jun e kombucha, bebidas de origem chinesa).

“A diferença entre eles é que o primeiro leva mel no processo e o kombucha, açúcar. Na fermentação é produzido ácido acético, gás carbônico e a celulose”, disse Marina. “Como a celulose geralmente não é aproveitada na bebida probiótica, o excesso é descartado. Mas bem pode ser empregado em diversas áreas como textil e médica.”

Marina disse que, a partir dessas informações, o grupo chegou à conclusão que o material pode ser empregado na área de dispositivos eletrônicos, depois de serem feitas algumas caracterizações. “E funciona como sensor”, diz.

As patentes

A cientista já reúne seis patentes na área e todos os seus projetos são enviados ao Centro de Inovações a USP (InovaUSP), que orienta pesquisadores a respeito dos documentos e procedimentos necessários para o registro junto aos órgãos competentes.

Os protótipos são testados em estações de sondagem da USP. No Instituto de Física da USP, o trabalho com a memória resistiva teve a colaboração do professor Chubaci e do técnico de laboratório Fabio de Oliveira Jorge. Na Escola Politécnica (Poli) da USP, colaboraram os pesquisadores Guilherme F. B. Lenz e Silva, do Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais (PMT), e Ronaldo Domingues Mansano, do Centro de Engenharia Elétrica (CEE).

Marina apresentou o invento em diversos encontros, com destaque para a Conferência Mundial de Carbona, no Imperial College of Science de Londres, no Reino Unido, em julho de 2022. A próxima etapa será testar a influência da luz na memória construída com esse material.