منوعات

يمكن لمشابك الموائع النانوية الاصطناعية تخزين ذاكرة الكمبيوتر

الذاكرة، أو القدرة على تخزين المعلومات بطريقة يسهل الوصول إليها، هي عملية أساسية في أجهزة الكمبيوتر والدماغ البشري. والفرق الرئيسي هو أنه في حين أن معالجة معلومات الدماغ تنطوي على إجراء حسابات مباشرة على البيانات المخزنة، فإن أجهزة الكمبيوتر تتدفق البيانات بين وحدة الذاكرة ووحدة المعالجة المركزية (CPU). يساهم هذا الفصل غير الفعال (عنق الزجاجة فون نيومان) في زيادة تكلفة الطاقة لأجهزة الكمبيوتر.

منذ سبعينيات القرن العشرين، عمل الباحثون على مفهوم الممرستور (مقاوم الذاكرة)؛ مكون إلكتروني يمكنه، مثل المشبك العصبي، حساب البيانات وتخزينها. لكن ألكساندرا رادينوفيتش من مختبر علم الأحياء في المقياس النانوي (LBEN) في كلية الهندسة في EPFL وضعت نصب عينيها شيئًا أكثر طموحًا: جهاز ذاكري موائع نانوية وظيفي يعتمد على الأيونات بدلاً من الإلكترونات ونظيراتها ذات الشحنات المعاكسة (الثقوب). . ومثل هذا النهج من شأنه أن يحاكي بشكل أوثق الطريقة التي يعالج بها الدماغ المعلومات – وهو ما يزيد من كفاءة استخدام الطاقة.

يقول رادينوفيتش: “لقد تم بالفعل استخدام الممرستورات لبناء شبكات عصبية إلكترونية، ولكن هدفنا هو بناء شبكة عصبية موائع نانوية تستفيد من التغيرات في تركيزات الأيونات، على غرار الكائنات الحية”.

يوضح ثيو إمريش، باحث ما بعد الدكتوراه في LBEN: “لقد قمنا بتصنيع جهاز موائع نانوية جديد لتطبيقات الذاكرة وهو أكثر قابلية للتطوير وأكثر كفاءة بكثير من المحاولات السابقة”. “لقد سمح لنا هذا، لأول مرة على الإطلاق، بربط اثنين من هذه” المشابك العصبية الاصطناعية “، مما مهد الطريق لتصميم أجهزة سائلة مستوحاة من الدماغ.”

وقد نشر البحث مؤخرا في الالكترونيات الطبيعية.

فقط أضف الماء

يمكن للميمريستورات التبديل بين حالتي التوصيل – التشغيل والإيقاف – عن طريق معالجة الجهد المطبق. في حين أن الذاكرات الإلكترونية تعتمد على الإلكترونات والثقوب لمعالجة المعلومات الرقمية، فإن الذاكرات الخاصة بـ LBEN يمكنها الاستفادة من مجموعة من الأيونات المختلفة. ولإجراء دراستهم، قام الباحثون بغمر أجهزتهم في محلول مائي يحتوي على أيونات البوتاسيوم، ولكن يمكن استخدام أيونات أخرى، بما في ذلك الصوديوم والكالسيوم.

يقول إمريش: “يمكننا ضبط ذاكرة أجهزتنا عن طريق تغيير الأيونات التي نستخدمها، مما يؤثر على كيفية انتقالها من التشغيل إلى الإيقاف أو مقدار الذاكرة التي تخزنها”.

تم تصنيع الجهاز على شريحة في مركز MicroNanoTechnology التابع لـ EPFL عن طريق إنشاء ثقب نانوي في وسط غشاء نيتريد السيليكون. أضاف الباحثون طبقات من البلاديوم والجرافيت لإنشاء قنوات نانوية للأيونات. عندما يمر تيار عبر الشريحة، تتسرب الأيونات عبر القنوات وتتجمع في المسام، حيث يؤدي ضغطها إلى إنشاء فقاعة بين سطح الشريحة والجرافيت. عندما يتم دفع طبقة الجرافيت للأعلى بواسطة البثرة، يصبح الجهاز أكثر موصلية، مما يؤدي إلى تحويل حالة الذاكرة الخاصة به إلى “تشغيل”. وبما أن طبقة الجرافيت تظل مرتفعة، حتى بدون الطاقة، فإن الجهاز “يتذكر” حالته السابقة. يعمل الجهد السالب على إعادة الطبقات إلى الاتصال، مما يعيد الذاكرة إلى حالة “إيقاف التشغيل”.

“تخضع القنوات الأيونية في الدماغ لتغيرات هيكلية داخل المشبك العصبي، والتي تحاكي أيضًا علم الأحياء”، كما يقول طالب الدكتوراه في LBEN، يونفي تنغ، الذي عمل على صنع الأجهزة – التي يطلق عليها اسم القنوات غير المتماثلة للغاية (HAC) في إشارة إلى شكل الأيون. تتدفق نحو المسام المركزية.

يضيف ناثان رونسيراي، طالب الدكتوراه في LBEN، أن مراقبة الفريق في الوقت الفعلي لعمل ذاكرة HAC تشكل أيضًا حداثة في هذا المجال. “ولأننا كنا نتعامل مع ظاهرة ذاكرة جديدة تمامًا، قمنا ببناء مجهر لمراقبتها أثناء عملها.”

وبالتعاون مع ريكاردو كييزا وإدواردو لوبريوري من مختبر الإلكترونيات والهياكل النانوية بقيادة أندراس كيس، نجح الباحثون في ربط اثنين من HACs بقطب كهربائي لتشكيل دائرة منطقية تعتمد على تدفق الأيونات. يمثل هذا الإنجاز العرض الأول لعمليات المنطق الرقمي المعتمدة على الأجهزة الأيونية الشبيهة بالمشابك العصبية. لكن الباحثين لم يتوقفوا عند هذا الحد: فهدفهم التالي هو ربط شبكة من مراكز HAC بقنوات المياه لإنشاء دوائر سائلة بالكامل. بالإضافة إلى توفير آلية تبريد متكاملة، فإن استخدام الماء من شأنه أن يسهل تطوير أجهزة متوافقة حيويا مع تطبيقات محتملة في واجهات الدماغ والحاسوب أو الطب العصبي.

(علامات للترجمة) الذاكرة؛ واجهات الدماغ والحاسوب. ذكاء؛ الإلكترونية؛ تكنولوجيا؛ طبيعة الماء أجهزة الكمبيوتر والإنترنت. الواجهات العصبية؛ علوم الكمبيوتر

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى