Chế Tạo Thành Công Chip Có Thể Tự Phục Hồi Dành Cho Tàu Vũ Trụ Nano

Tính đến tháng 12/2016, với công nghệ hiện nay, một con tàu vũ trụ sẽ mất hơn 18,000 năm để bay đến hệ sao gần nhất là hệ Alpha Centauri. Điều này nghe có vẻ quá xa vời đối với một con tàu cỡ lớn nhưng lại khả thi đối với một con tàu vũ trụ nano.

Theo tính toán, tàu vũ trụ nano có thể có thể bay ở vận tốc bằng 1/5 vận tốc ánh sáng và sẽ mất chỉ 20 năm để tiếp cận hệ sao Alpha Centauri. Dù vậy, giải pháp dành cho tàu nano được phát triển dựa trên một con chip bán dẫn, và nó khó có thể sống sóng dưới môi trường bức xạ dày đặc cùng nhiệt độ biến đổi nhiều trong không gian sâu.

Trung tuần tháng 12/2016, NASA và Viện KAIST đã tìm cách phát triển phương pháp giúp con chip bán dẫn có khả năng tự phục hồi trước các hư tổn ngay khi đang bay. Hiện có 3 cách để tăng tối đa khả năng sống sót cho một con chip trong một chuyến hành trình liên sao.

Theo đó, phương pháp đơn giản nhất là bổ sung một lớp vỏ kim loại bảo vệ con chip trước bức xạ nhưng sẽ tăng độ cồng kềnh và làm mất đi mục tiêu ban đầu là một con tàu nano nhỏ và nhẹ. Giải pháp khác là các nhà thiên văn sẽ chọn ra một lộ trình cho con tàu nano sao cho nó ít tiếp xúc với bức xạ nhất, nhưng điều này sẽ giới hạn khả năng du hành của tàu, tăng thời gian thực thi sứ mạng và không thể tránh được các mối nguy hiểm tiềm ẩn.

Giải pháp cuối cùng, cũng là trọng tâm nghiên cứu là một thiết kế mạch chống bức xạ. Thay vì sử dụng công nghệ bán dẫn 3D FinFET, các nhà nghiên cứu sử dụng bóng bán dẫn sợi nano gate-all-arround hay GAA FET, từng được Viện công nghệ và khoa học tiên tiến KAIST của Hàn Quốc phát triển trước đó.

Trong mạch bán dẫn, sẽ có nhiều cổng bao quanh dây dẫn nano và cho phép hoặc ngăn dòng electron đi qua dây dẫn. Các tấm tiếp xúc kép sẽ cho phép dòng điện đi qua cổng và kênh dây dẫn mà nó bao quanh, từ đó dòng điện làm mạch nóng lên đến trên 900 độ C trong chưa đầy 10 nano giây. Nhiệt lượng được cho là sẽ khắc phục tình trạng giảm hiệu năng của chip gây ra bởi bức xạ, áp lực và tuổi thọ (20 năm bay trong vũ trụ).

Hệ thống sinh nhiệt sẽ kích thích cơ chế tự hồi phục, cơ chế này đã được thử nghiệm với 3 thành phần tối quan trọng khác nhau đối với một con tàu vũ trụ nano, bao gồm: vi xử lý, bộ nhớ DRAM và bộ nhớ lưu trữ flash. Trên cả 3 thành phần, hệ thống đã chứng minh được sự hiệu quả khi kéo dài tuổi thọ của thiết bị và liên tục phụ hồi các hỏng hóc do bức xạ gây ra. Bộ nhớ flash có thể sống sót và hoạt động tốt sau 10,000 lần sửa chữa, còn bộ nhớ DRAM có thể chịu được vòng lặp hỏng - tự sửa đến 10^12 lần.

Cùng với những ưu điểm vốn có của công nghệ bán dẫn GAA FET chẳng hạn như độ bền trước sự bắn phá của các loại tia vũ trụ và khả năng thu nhỏ kích thước, các nhà nghiên cứu kết luận công nghệ mới sẽ mở ra cơ hội phát triển các loại tàu vũ trụ nano siêu bền, có khả năng thực hiện những chuyến du hành dài hạn trong không gian sâu.