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INVESTIGACIONES CON POSIBILIDAD DE APLICACIÓN EN LA INGENIERÍA MILITAR - Artículo de reflexión
Reflexión sobre una nueva tecnología
electrónica, El Memristor
/ Reflection on a new electronic technology,
The Memristor
John Jairo Leal Gómez
Msc. Matemática Aplicada, Docente Investigador Universidad Cooperativa de Colombia. johnjairoleal@gmail.com
Página
Fecha de recepción: 15/09/2014
Fecha de aceptación: 15/10/2014
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Resumen
Keywords
En el documento se hará una breve contextualización del concepto propuesto por el profesor
Leon O. Chua en 1971, el memristor. Se presenta el contexto en el que surgió, sus relaciones
principales y las posibles aplicaciones en campos como la ingeniería y el área militar.
Memristor, elements, circuits.
Palabras clave
Memristor, elementos, circuitos.
Abstract
Provide a brief contextualization of the concept
proposed by Professor Leon O. Chua in 1971,
the memristor in the document. The context in
which their primary relationships and potential
applications in fields such as engineering and
the military area emerged is presented.
1
Ley de Ohm
Para citar este artículo / To cite this article
J. Leal. Reflexión sibre na nueva tecnología electrónica, El Memristor.
Revista Ingenieros Militares, No.9, pp. 81-84. 2014.
Introducción
En 1971 el profesor Leon O. Chua, estudiando las relaciones existentes entre las cantidades físicas tensión (υ), corriente (i), flujo (φ)
y carga (q) y los elementos que las relacionan,
encuentra que el resistor relaciona la tensión
y la corriente1, υ=iR donde R es el valor de la
resistencia, el capacitor relaciona la tensión y la
carga q= Cυ donde C es el valor de la capacitancia, y el inductor relaciona el flujo y la corriente
φ=Li donde L es el valor de la inductancia. El
profesor Chua propone la existencia de un elemento que relacione de manera directa el flujo
φ y la carga q, el cual se denominó memristor,
una resistencia con memoria que posiblemente produzca una revolución semejante a la que
produjo el transistor.
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REFLEXIÓN SOBRE UNA NUEVA TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA, EL MEMRISTOR
ESING
En 2008 Hewlett Packard (HP) construye un
dispositivo nanométrico hecho con dióxido de
titanio Tio_2 y Tio_(2-X) dióxido de titanio con
dopaje2, entre un par de electrodos metálicos.
Al realizar los análisis correspondientes encontraron que el dispositivo tenía un comportamiento similar al memristor pro- puesto por el
profesor Chua [1] y publican el artículo titulado
“The memristor found” indicando que habían
encontrado el memristor.
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número 9, Año 2014, ISSN 2145-3144 / BOGOTÁ-COLOMBIA / páginas 81-84
ESING
En [2] se considera como el cuarto elemento
básico3 de circuitos pues permite por simetría
completar las relaciones entre las cantidades
del circuito tensión, corriente, carga y el flujo
magnético, (figura 1). También se considera
como una resistencia variable que satisface
que a tensión de entrada cero v = 0, la corriente
de respuesta sea cero i = 0.
El dispositivo recuerda su último estado de
polarización, esto quiere decir que si un dispositivo estuviera diseñado con memristores,
recordaría el estado de polarización que tuvo la
última vez que fue operado.
Cuando se aplica una señal de tensión de entrada senoidal o periódica, la respuesta es una
curva de histéresis (un ocho o curva pinchada),
esto quiere decir que la respuesta es una señal
periódica de corriente, y cuando se grafica υ vs
i se produce una curva como la que se puede
ver en la figura 2.
El memristor entonces se define como cualquier elemento que relacione el flujo φ con
la carga q [3], además se considera como una
resistencia, por tanto se debe cumplir que la
memristancia debe relacionar la tensión con
la corriente, de manera que v = M (q)i y así el
memristor debe tener unidades de resistencia
Ω Ohmios para mantener las unidades.
De otra parte debe satisfacer que la variación
del flujo respecto a la carga deba ser la memristancia, es decir que la pendiente en la curva de
flujo contra carga debe ser M (q), esto es:
M(q)= dφ
dq
(1)
Memristor de hewlett packard
El dispositivo diseñado por los laboratorios HP
en 2008 [4], y que abre la discusión acerca del
nuevo dispositivo propuesto por Chua en 1971,
no tardó en ser analizado ampliamente en la
literatura, en esta sección se presenta un breve
análisis del comportamiento del dispositivo y
su funcionamiento.
El Memristor de los laboratorios HP es un dispositivo nanométrico que está hecho con dióxido de titanio TiO_2 , al cual se le extraen
x-iones quedando una parte como iO_(2-x) de
oxígeno de tal forma que permanece dopado,
ver figura 3.
Cuando el dispositivo se polariza, los iones se
empiezan a mover produciendo un cambio en
la estructura del material y un cambio en el valor de la resistencia del memristor, si la tensión
se suspende, el valor de la resistencia queda almacenado, razón por la cual se ha pensado que
el dispositivo se pueda utilizar como un switch,
pues se puede pasar de un estado de alta resistencia cuando se inicia el proceso, a un estado
de baja resistencia cuando los iones se han movido suficientemente.
Figura 1. Relación entre las cantidades eléctricas completas.
2
3
Al dióxido de titanio se le extraen iones de oxígeno quedando dopado el material
Se denomina básico porque no se puede construir a partir de los otros tres elementos directamente
Figura 2. Curva de histéresis característica
Actualmente los laboratorios de Hewlett Packard siguen trabajando en el memristor, sin
embargo han tenido dificultades técnicas al
probar las nanométricas capas de memristores
que han logrado construir, esto puede ser debido a que así como se propuso la construcción
del memristor los iones se deban mover, lo que
significa que se está produciendo un cambio
en la estructura del material dopado, liberando grandes cantidades de energía lo que no ha
permitido el avance en la construcción propia
del dispositivo.
tas de aplicaciones están siendo desarrolladas
en teoría. A continuación se plantean algunas
ventajas y aplicaciones que se pueden tener si
la tecnología con el memristor se logra implementar:
El uso de la energía será más eficiente en los
aparatos electrónicos, puesto que cada vez que
se apague, la información se almacenará y por
tanto no se requerirá hacer procesos como los
actuales en los cuales es necesario hacer una
rutina de inicio por ejemplo, con los computadores o teléfonos [5]. También permitirá que el
tiempo entre cargas sea mayor, porque la energía se utiliza más eficientemente.
Se construirán dispositivos de memoria con
mayor capacidad de almacenamiento y de tamaños más reducidos. Tal vez los equipos no
requerirán disco duro, considerando que dentro del memristor se pueden hacer operaciones lógicas y almacenamiento de información
[6], lo que reducirá considerablemente los costos del software así como el aumento en sus
velocidades de procesamiento y programación
en paralelo [7].
Algunas aplicaciones militares como el reconocimiento de imágenes, el diseño de dispositivos con memoria, emulación de sinapsis o
conexiones neuronales, a partir de sistemas
neuromórficos [8]. Diseño de sistemas expertos (Inteligencia Artificial) y sistemas controlados con memristores. Seguridad en el manejo
de información de entidades de inteligencia
militar y del estado, a través del desarrollo de
cyber seguridad de hardware [9].
Conclusiones
Figura 3. Construcción de un memristor a nivel manométrico entre
cátodos de platino y una capa aislante de TiO2 y una capa dopada
con vacancias de oxígeno TiO2-x
Aplicaciones del memristor
Sin embargo y a pesar de que el dispositivo aún
se encuentra en prototipo, algunas propues-
El desarrollo de esta tecnología permitirá la
realización de operaciones computacionales
complejas como encendidos instantáneos, almacenamiento y procesamiento de altos volúmenes de datos. Este dispositivo está abriendo
la puerta a una nueva electrónica a nanoescala con la generación de circuitos de alta densidad, a través de memoria no volátil y RAM.
Caracterizados por la reducción de tamaños y
la disipación de menor cantidad de calor que
los transistores.
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REFLEXIÓN SOBRE UNA NUEVA TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA, EL MEMRISTOR
Por otra parte, y debido a esta misma propiedad del memristor, también se ha pensado en
que se pueda hacer computación analógica, es
decir no utilizar solamente ceros y unos como
se está haciendo actualmente, sino que será
posible utilizar todos los valores de resistencia
entre un valor mínimo y un valor máximo.
El memristor como nuevo elemento de circuitos básico está aún en desarrollo, si bien es
cierto que se conocen propiedades matemáticas, físicas y eléctricas del memristor, es necesario aumentar las investigaciones al respecto
para lograr mejorar los sistemas de computación y comprender otras posibles aplicaciones
del dispositivo.
Referencias
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[1]
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circuit element”, IEEE Trans. Circuit
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