رقائق الكمبيوتر التي تحاكي الدماغ
يمكن لجهاز الإلكترونيات الدقيقة الجديد برمجة وإعادة برمجة أجهزة الكمبيوتر عند الطلب باستخدام النبضات الكهربائية
ماذا لو تمكن الكمبيوتر من تعلم إعادة توصيل داراته بناءً على المعلومات التي يتلقاها؟
أنشأ تعاون متعدد المؤسسات، والذي يشمل مختبر أرجون الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (DOE)، مادة يمكن استخدامها لإنشاء رقائق كمبيوتر يمكنها فعل ذلك.
يحقق ذلك باستخدام ما يسمى بالدارات “العصبية” وبنية الكمبيوتر لتكرار وظائف الدماغ. وقاد الفريق،لأستاذ بجامعة بيردو ، شريرام راماناثان.
قال سوبرامانيان سانك ارانارايانان ، وهو مؤلف مشارك في الورقة البحثية مع موعد مشترك في أرغون وجامعة إلينوي في شيكاغو: “يمكن للعقل البشري أن يتغير في الواقع نتيجة لتعلم أشياء جديدة”.
“لقد أنشأنا الآن جهازًا للآلات لإعادة تكوين دوائرها بطريقة تشبه الدماغ.”
مع هذه الإمكانية، قد تقوم أجهزة الكمبيوتر القائمة على الذكاء الاصطناعي بأداء مهام صعبة بسرعة ودقة أكبر مع استخدام طاقة أقل بكثير.
أحد الأمثلة على ذلك هو تحليل الصور الطبية المعقدة. تعتبر السيارات والروبوتات المستقلة في الفضاء والتي قد تعيد توصيل داراتها اعتمادًا على التجربة مثالًا أكثر مستقبلية.
تعمل أيونات الهيدروجين في النيكل على تمكين إحدى الوظائف الأربع بجهد كهربائي مختلف (يتم تطبيقها بواسطة أقطاب كهربائية من البلاتين والذهب في الأعلى).
الوظائف هي المشبك الاصطناعي، والخلايا العصبية الاصطناعية، والمكثف، والمقاوم. يخزن المكثف ويطلق التيار؛ المقاوم يحجبه. الائتمان: مختبر أرجون الوطني
تتكون المادة الرئيسية في الجهاز الجديد من النيوديميوم والنيكل والأكسجين ويشار إليها باسم نيكل البيروفسكايت (NdNiO3).
قام الفريق بغرس هذه المادة بالهيدروجين والأقطاب الكهربائية الموصولة بها والتي تسمح بتطبيق نبضات كهربائية بجهد مختلف.
قال سانكارانارايانان: “كمية الهيدروجين في النيكل، وأين يوجد، يغير الخصائص الإلكترونية”. “ويمكننا تغيير موقعه وتركيزه بنبضات كهربائية مختلفة.”
“هذه المادة لها شخصية متعددة الطبقات”، أضاف Hua Zhou ، مؤلف الورقة البحثية والفيزيائي في Argonne.
“لديها وظيفتان معتادتان للإلكترونيات اليومية – تشغيل التيار الكهربائي وإغلاقه بالإضافة إلى تخزين وإطلاق الكهرباء.
ما هو جديد ومذهل حقًا هو إضافة وظيفتين مشابهتين للسلوك المنفصل للمشابك العصبية والخلايا العصبية في الدماغ “.
العصبون هو خلية عصبية واحدة تتصل بخلايا عصبية أخرى عبر المشابك العصبية. تبدأ الخلايا العصبية في استشعار العالم الخارجي.
لمساهمته، أجرى فريق Argonne التوصيف الحسابي والتجريبي لما يحدث في جهاز النيكل تحت الفولتية المختلفة.
ولتحقيق هذه الغاية، اعتمدوا على مرافق المستخدم التابعة لمكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة في أرجون: مصدر الفوتون المتقدم، ومرفق أرغون للحوسبة القيادية، ومركز المواد النانوية.
أظهرت النتائج التجريبية أن تغيير الجهد ببساطة يتحكم في حركة أيونات الهيدروجين داخل النيكل. يقوم جهد معين بتركيز الهيدروجين في مركز النيكل، مما ينتج عنه سلوك يشبه الخلايا العصبية.
يقوم الجهد الكهربي المختلف بنقل هذا الهيدروجين إلى خارج المركز، مما ينتج عنه سلوك يشبه المشبك. في الفولتية التي لا تزال مختلفة، تؤدي المواقع الناتجة وتركيز الهيدروجين إلى إثارة التيارات المتقطعة لرقائق الكمبيوتر.
قال عالم أرغون سوكريتي مانا: “كانت حساباتنا التي كشفت عن هذه الآلية على المستوى الذري مكثفة للغاية”.
اعتمد الفريق على القدرة الحصانية الحسابية ليس فقط لمنشأة Argonne Leadership Computing مرفقًا ولكن أيضًا مركز الحوسبة العلمية لبحوث الطاقة الوطنية، وهو مرفق مستخدم تابع لمكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة في مختبر لورانس بيركلي الوطني.
جاء تأكيد الآلية، جزئيًا، من التجارب في خط الأشعة 33-ID-D لمصدر الفوتون المتقدم.
قال تشو: “على مر السنين، كانت لدينا شراكة مثمرة للغاية مع مجموعة بوردو”. هنا، حدد الفريق بالضبط كيفية ترتيب الذرات داخل النيكل تحت الفولتية المختلفة.
كان من المهم بشكل خاص تتبع استجابة المادة على المستوى الذري لحركة الهيدروجين “.
باستخدام جهاز النيكل الخاص بالفريق، سيعمل العلماء على إنشاء شبكة من الخلايا العصبية الاصطناعية والمشابك العصبية التي يمكنها التعلم والتعديل من التجربة.
ستنمو هذه الشبكة أو تتقلص نظرًا لتزويدها بمعلومات جديدة وبالتالي ستكون قادرة على العمل بكفاءة عالية في استخدام الطاقة. وترجم كفاءة الطاقة تلك إلى تكاليف تشغيلية أقل.
الإلكترونيات الدقيقة المستوحاة من الدماغ مع جهاز الفريق كحجر بناء يمكن أن يكون لها مستقبل مشرق. هذا صحيح بشكل خاص لأنه يمكن تصنيع الجهاز في درجة حرارة الغرفة بتقنيات متوافقة مع ممارسات صناعة أشباه الموصلات.
المصدر: scitechdaily
قد يهمك:
