ทีมวิจัยสหรัฐฯ พัฒนาเมมริสเตอร์ (Memristor) อุปกรณ์เก็บข้อมูลแบบไม่ลบเลือน ที่ทนความร้อนสูงถึง 700 °C รองรับการใช้งานในยานสำรวจดาวเคราะห์ที่ร้อนจัดและอุตสาหกรรมหนัก และมีศักยภาพที่จะช่วยให้ระบบ AI ประมวลผลเร็วขึ้นและประหยัดพลังงานกว่าเดิม

ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเซาเทิร์นแคลิฟอร์เนีย (USC) ร่วมกับกองทัพอากาศสหรัฐฯ นำโดยศาสตราจารย์ Joshua Yang ตีพิมพ์ผลงานวิจัยในวารสารทางวิชาการ Science เมื่อวันที่ 26 มี.ค. 2569 เผยถึงความสำเร็จในการพัฒนาเมมริสเตอร์ (Memristor) ซึ่งเป็นอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทำหน้าที่เป็นทั้งหน่วยความจำและหน่วยประมวลผลในตัวเดียว ที่สามารถทำงานที่อุณหภูมิ 700 °C ได้อย่างต่อเนื่องยาวนาน โดยไม่พบการเสื่อมสภาพอย่างมีนัยสำคัญในช่วงเวลาทดสอบ ซึ่งขยายขีดความสามารถของอิเล็กทรอนิกส์แบบเดิม ที่มักจะเริ่มทำงานผิดปกติหรือพังเสียหายเมื่ออุณหภูมิสูงเกิน 200 องศาเซลเซียส เนื่องจากอะตอมของโลหะจะเคลื่อนที่จนเกิดการเชื่อมต่อกันและทำให้เกิดการลัดวงจร

สิ่งที่ทำให้ชิปใหม่สามารถทนความร้อนได้สูงขนาดนี้อยู่ที่วิศวกรรมพื้นผิวสัมผัส (Interfacial Engineering) โดยการออกแบบส่วนต่อประสานระหว่างวัสดุต่าง ๆ ที่นำมาประกอบเป็นชั้นซ้อนเรียงกันเหมือนแซนด์วิช ประกอบด้วย ขั้วไฟฟ้าด้านบน (Top Electrode) ทำจากทังสเตน (Tungsten) ซึ่งเป็นธาตุที่มีจุดหลอมเหลวสูง ชั้นกลาง (Ceramic Layer) ทำจากฮาฟเนียมออกไซด์ (Hafnium Oxide) ทำหน้าที่เป็นฉนวนที่ยอมให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ในเงื่อนไขที่กำหนด และขั้วไฟฟ้าด้านล่าง (Bottom Electrode) ทำจากกราฟีน (Graphene) วัสดุคาร์บอนที่บางแต่มีความแข็งแกร่งและนำไฟฟ้าได้ดี

ทีมวิจัยพบว่า กราฟีนสามารถทำหน้าที่เหมือนเป็นกำแพงที่อะตอมของทังสเตนไม่สามารถยึดเกาะได้ คล้ายกับน้ำกับน้ำมัน ป้องกันไม่ให้อะตอมแพร่กระจายออกจากตำแหน่งเดิมแม้จะถูกเผาด้วยความร้อนสูง ทำให้ไม่เกิดการลัดวงจร ซึ่งการค้นพบนี้เกิดขึ้นโดยบังเอิญระหว่างที่ทีมวิจัยกำลังทดลองสร้างอุปกรณ์ประเภทอื่น ผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการพบว่า เมมริสเตอร์นี้สามารถเก็บรักษาข้อมูลได้นานกว่า 50 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 700 องศาเซลเซียส และสามารถเปิด-ปิดสวิตช์ (เขียน-ลบข้อมูล) ได้มากกว่าพันล้านครั้ง ซึ่งสูงกว่าอุปกรณ์หน่วยความจำบางประเภท

นอกจากความทนทานแล้ว เทคโนโลยีนี้อาจเป็นความหวังใหม่ของปัญญาประดิษฐ์ (AI) เนื่องจากเมมริสเตอร์มีความสามารถในการประมวลผลแบบ Neuromorphic Computing หรือการคำนวณที่เลียนแบบสมองมนุษย์ ทำให้สามารถแก้ปัญหา จดจำรูปแบบ และตัดสินใจได้รวดเร็วและมีประสิทธิภาพ โดยมีแนวโน้มใช้พลังงานน้อยกว่า AI ในปัจจุบัน และการที่ทนร้อนได้ดีอาจเปิดทางสู่การใช้งานในอนาคต เช่น การติดตั้ง AI ไว้ในที่ที่อันตราย อย่างภายในเครื่องยนต์เจ็ทหรือหลุมเจาะน้ำมันลึก อาจใช้ประกอบเซนเซอร์ตรวจวัดในโรงถลุงเหล็กหรือโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่สามารถประมวลผลข้อมูลได้ ณ จุดเกิดเหตุทันที หรือในการสำรวจอวกาศที่ช่วยให้สามารถส่งยานสำรวจไปยังดาวเคราะห์ที่ร้อนจัดอย่างดาวศุกร์ ซึ่งมีอุณหภูมิพื้นผิวสูงเกือบ 500 องศาเซลเซียสได้นานขึ้น โดยไม่ต้องใช้ระบบหล่อเย็นที่หนักและซับซ้อน ศาสตราจารย์ Yang กล่าวว่า "งานวิจัยนี้ คือ การกระโดดข้ามพรมแดนที่ยิ่งใหญ่ของวงการอิเล็กทรอนิกส์"

อย่างไรก็ตาม ทีมวิจัยระบุว่านี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้น เนื่องจากปัจจุบันยังเป็นเพียงอุปกรณ์หน่วยความจำส่วนเดียว ความท้าทายต่อไป คือ การพัฒนาส่วนประกอบอื่น ๆ ของคอมพิวเตอร์ เช่น วงจรเชื่อมต่อและบรรจุภัณฑ์ ให้ทนความร้อนได้ในระดับเดียวกัน เพื่อให้สามารถสร้างเป็นคอมพิวเตอร์ทั้งเครื่องที่ทำงานในอุณหภูมิสูงได้จริง นอกจากนี้ ยังต้องรอการผลิตกราฟีนในขนาดที่ใหญ่ขึ้น ซึ่งปัจจุบันยังอยู่ระหว่างการพัฒนาในภาคอุตสาหกรรม
 

อ้างอิง

Jian Zhao et al., High-temperature memristors enabled by interfacial engineering. Science (2026). DOI: 10.1126/science.aeb9934

University of Southern California. (2026). This new chip survives 1300°F (700°C) and could change AI forever. ScienceDaily.