Vědci z univerzity v Nebrasce (UNL) zveřejnili nový výzkum v oblasti tepelné nanodiody, která by mohla změnit to, jak uvažujeme o odpadním teplu, které je generované počítači a dalšími všemožnými zařízeními. S novou technologií by totiž bylo možné vytvořit počítače, které by fungovaly pouze na bázi tepla jako hlavního zdroje energie, podobně jako by šlo o elektřinu.
V případě počítačů a dalších zařízení napájených elektřinou jsme si už poměrně zvykli na to, že generují nějaké množství odpadního tepla (termodynamické zákony nelze obejít). Ty nejhorší případy, mezi které v počítačové oblasti patří třeba procesory nebo grafické čipy, je nutné náročně chladit a odvádět tak teplo rychle pryč, aby se čipy udržely na nízkých teplotách a byly funkční.
Tým složený ze Sidy Ndao a Mahmouda Elzouka ale přemýšlí jinak – proč místo snahy o chlazení a odvádění tepla do prostoru nevyužít teplo pro napájení jiného, dalšího počítače?
Teplo jako elektřina
Dle vyjádření není představa využití tepla pro napájení počítače nijak revoluční. Elektřina i teplo slouží pro přenos energie, stačí jen správně využít teplo tak, aby ho bylo možné použít pro jiné účely – v počítačové oblasti na logické operace. Dnes přes 60 % vyprodukované energie v USA je ztrátové teplo, což je extrémně neefektivní.
Detail vytvořeného prototypu tepelné nanodiody (Karl Vogel, Engineering)
Všechna tato energie by mohla být využívána pro napájení dalších zařízení. Těžší otázka ale pochopitelně nastává s tím, jak tepelnou energii efektivně získat a využít. Jedním z důležitých prvků by měly být nové formy tepelných nanodiod – teplotně-mechanických zařízení s nanometrovými rozměry.
Tepelný počítač, který má rád teplo
Vědci tak vyvinuli prototyp termální nanodiody, která je schopná získané teplo využít pro logické operace. Vytvořený prototyp byl schopný fungovat při teplotách 315 stupňů Celsia, přičemž podle vyjádření by mělo zařízení fungovat i při teplotách v oblasti 700 stupňů Celsia.
Architektura tepelné nanodiody je složená z 24 párů pevných a pohyblivých mechanických částí, na pravé části jsou záběry reálného prototypu vytvořené pomocí elektronového mikroskopu
Při vytvoření logických obvodů (diody, tranzistory, paměti, logické brány) a „tepelného počítače“ fungujícího při takto vysokých teplotách, které zároveň slouží k jeho napájení, lze uvažovat o mnoha segmentech použití. Typickým zmíněnými příklady jsou různé vrty, kde panují vysoké teploty a je omezená možnost chlazení, stejně tak vesmírné mise , protože na mnoha planetách jsou vysoké teploty, které ztěžují použití klasických čipů bez náročného chlazení.
K revoluci ještě daleko
Vědci po vyrobení prvních prototypů plánují zvyšovat efektivitu a tím pádem i přeměnu tepla na výpočetní operace. Cílem je vyvinout první tepelný počítač nejdříve v rámci jednoduššího prototypu, od kterého se pak bude možné posunout ke komplexnějším strojům a posléze i hromadné výrobě.
Současné čipy v počítačích pracují většinou pod hranicí sto stupňů Celsia, což je sice pro současný prototyp málo, ale v budoucnu lze očekávat, že bude možné zpracovat i takové teplo. Možná se tak v blízké budoucnosti setkáme s novými typy „chladičů“, které vlastně budou jen dalšími výpočetními čipy, které dále zvýší výkon počítače.
Oficiální materiál k výzkum si můžete prohlédnout na stránkách Nature.com.