Pesquisadores criam primeiro computador com nanotubos de carbono

Rumo à velocidade 

Pesquisadores criam primeiro computador com nanotubos de carbono, material que pode substituir o silício e tornar as máquinas muito mais rápidas

Roberta Machado

Estado de Minas: 03/10/2013

Max Shulaker mostra o protótipo: a máquina, ainda precária, pode ajudar a revolucionar a informática

Engenheiros da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, anunciaram nesta semana a criação do primeiro computador com tecnologia à base de nanotubos de carbono. A máquina, descrita na revista Nature, permite a execução de duas tarefas intercaladas (multitasking) e pode ser o marco de uma nova era da computação. Acredita-se que a substituição do silício pelo novo material pode dar um fim ao aquecimento excessivo de máquinas e resultar em dispositivos muito mais rápidos e menores.

Os nanotubos são minúsculos cilindros feitos de folhas de carbono. É como se uma rede ultrafina de futebol, com vértices de carbono, fosse enrolada, resultando num material que combina altíssima resistência com leveza. “Eles têm propriedades mecânicas excelentes. É difícil comprimi-los, mas a elasticidade deles é muito grande”, descreve Fernando Lázaro Freire Junior, professor de física da Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro (PUC-Rio).

Desde a divulgação das propriedades do material, há mais de 20 anos, uma grande expectativa foi criada sobre as possibilidades que ele poderia trazer à eletrônica. Os tubos são tão pequenos que poderiam multiplicar em muitas vezes a capacidade de um chip de silício comum, e com um desempenho bastante superior. O nanomaterial surpreende pela alta condutividade, o que permitiria ligá-lo e desligá-lo com rapidez surpreendente — na prática, isso significa realizar tarefas eletrônicas com muito mais rapidez, como uma pessoa com um cérebro de raciocínio mais rápido que o comum. Contudo, os tubinhos se mostram muito difíceis de serem domados, o que tem adiado os planos de aplicá-los a supercomputadores. O feito da equipe de Stanford, portanto, tem sido considerado um passo importante nessa busca, apesar de ainda não ter resultado em um processador muito veloz.

Soluções O maior feito dos cientistas foi ter resolvido dois problemas que vinham sendo a pedra no sapato dos engenheiros, mesmo depois de décadas de pesquisa. O primeiro é que alguns dos nanotubos sempre saíam defeituosos, sem a capacidade de alternar seu estado entre ligado e desligado (isto é, agindo mais como um fio elétrico do que como um semicondutor). “Já que a mãe-natureza produz os nanotubos, eles nem sempre se desenvolvem exatamente como queremos”, explica Max Shulaker, estudante de doutorado em engenharia elétrica e um dos autores do trabalho.

Os tubos problemáticos eram como mangueiras com vazamentos que não podiam ser consertados. Então, os especialistas resolveram simplesmente eliminá-los. O processo de faxina criado por eles consiste em “desligar” todos os tubos funcionais e aquecer os problemáticos com eletricidade até que se transformassem em vapor de CO2. O tratamento é relativamente simples e corrige o problema em um conjunto de bilhões de componentes de uma só vez.

O segundo problema era a dificuldade de deixar os transistores alinhados. Como são muito pequenos, tendem a ficar for a de lugar. Os engenheiros resolveram essa questão com a ajuda de um algoritmo. O cálculo de simulação apontou formas de corrigir o desalinho que causava o defeito. O “design à prova de imperfeições”, de acordo com os pesquisadores, pode ser aplicado em escala industrial.

Primeiro passo Com apenas 178 transistores, o primeiro computador de nanotubos está longe de ter o poder de processamento necessário para superar as máquinas atuais, que contam com bilhões desses componentes eletrônicos. O sistema operacional também é rudimentar e pode realizar somente tarefas simples, como contar ou separar números. Mas o modelo tem seu valor por provar que o complicado nanomaterial tem aplicação prática.

“Nosso computador é o que se chama de um Turing completo, o que significa que é o mais genérico possível de se produzir”, descreve Shulaker. A performance foi limitada, de acordo com o pesquisador, não pela matéria-prima, mas pela falta de equipamentos adequados à nanoprodução em um laboratório de universidade. 

A técnica pode agora ser usada para o desenvolvimento de uma máquina mais potente, com potencial de superar o padrão limitado do silício ou mesmo de ser combinada a ele. Os transistores vitaminados são a possível solução para uma época em que a evolução em ritmo exponencial dos computadores se aproxima rapidamente do seu limite. “A partir de 2004, a gente já não vê o aumento de velocidade dos processadores como se via nos anos 1990 por causa desse esgotamento da tecnologia”, aponta Marcio Merino Fernandes, professor de computação da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar).

O constante processo de aceleração e miniaturização das máquinas resulta em processadores cada vez mais compactos, que acabam perdendo em desempenho e desperdiçando energia na forma de calor. Nenhum desses problemas existiria com os nanotubos. “Esse trabalho mostra que, com esforço e pesquisa, há chances de termos computadores melhores. Mas, para o usuário doméstico, o horizonte para chegar a isso é demorado”, alerta Fernandes, que estima ao menos mais duas décadas de espera até que o computador feito com o novo material chegue ao mercado.