La microelettronica è una branca della tecnologia che ha rivoluzionato il nostro modo di vivere. Si tratta di dispositivi elettronici di dimensioni estremamente ridotte, come i microchip presenti nei computer e nei telefoni cellulari, che elaborano e memorizzano informazioni. Questi dispositivi sono fondamentali per il funzionamento delle aziende, per monitorare la diffusione delle malattie, per fornire energia elettrica alle case attraverso la rete elettrica e per condurre ricerche scientifiche per affrontare grandi sfide come la crisi climatica.
Il transistor, inventato negli anni ’40, è il componente base di qualsiasi dispositivo microelettronico. I transistor possono accendere e spegnere quasi istantaneamente la corrente elettrica, rendendo possibile l’uso degli uni e degli zeri per istruire un computer su cosa fare.
Con il passare degli anni, i transistor sono diventati sempre più piccoli, consentendo ai computer che un tempo occupavano un’intera stanza di adattarsi ora a un laptop o addirittura a un orologio intelligente. Il costo per unità di calcolo è diminuito drasticamente. Tuttavia, c’è un bisogno urgente di forme radicalmente nuove di microelettronica che possano raccogliere e analizzare volumi di dati senza precedenti più velocemente che mai. La scienza e la tecnologia che consentiranno tali nuove microelettroniche non esistono ancora. Una delle sfide è che la dimensione dei transistor nei supercomputer di oggi si è ridotta da un milionesimo a un miliardesimo di metro, avvicinandosi alle dimensioni degli atomi. Nella loro ricerca di miglioramenti radicali, i ricercatori devono cercare percorsi alternativi alla miniaturizzazione e soluzioni al di là dei tipi attuali di architettura informatica.
Oltre a una elaborazione dei dati molto più veloce, i ricercatori devono risolvere due grandi problemi. Primo, la microelettronica nei computer, nei data center e nelle reti consuma circa il 10% dell’elettricità mondiale, e questo numero è in crescita. Un singolo supercomputer può richiedere abbastanza elettricità per alimentare quasi 10.000 case. Secondo, la realizzazione di microelettronica all’avanguardia coinvolge molti materiali diversi. La carenza di alcuni di questi potrebbe causare interruzioni della catena di approvvigionamento che danneggiano l’economia.
Questi problemi vengono affrontati presso il Laboratorio Nazionale di Argonne del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti. I ricercatori stanno perseguendo nuovi approcci alla microelettronica e alle architetture informatiche che siano più veloci, più efficienti dal punto di vista energetico e che includano meno materiali critici. Ad esempio, il processore di informazioni più efficiente è il cervello umano. Pertanto, gli scienziati stanno cercando di sviluppare microelettronica e architetture informatiche che imitino il cervello. Vengono inoltre sviluppati processi di produzione ecocompatibili per la microelettronica. Il successo manterrà gli Stati Uniti in prima linea nella ricerca e sviluppo della microelettronica e rivitalizzerà l’industria della microelettronica.
I componenti elettronici ultrapiccoli elaborano informazioni in tutti i dispositivi elettronici intelligenti. Nel 1969, hanno guidato la navicella spaziale con due astronauti che sono atterrati sulla Luna e sono tornati sani e salvi. Oggi, toccano le nostre vite sotto forma di telefoni cellulari, computer, smart TV, sistemi di posizionamento globale e altro ancora. Microelettronica sempre più potente è essenziale per il progresso nella ricerca scientifica.
La microelettronica è entrata in una nuova fase grazie anche ai progressi nell’intelligenza artificiale (AI). Già in commercio ci sono veicoli a guida autonoma. Materiali basati sull’AI simili alla pelle che diagnosticano possibili problemi di salute sono all’orizzonte.
