Dolar 9,3218
Euro 10,8357
Altın 529,53
BİST 1.418
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 16 °C
Sağanak Yağışlı

Yeni Moleküler Hesaplama Cihazı, Beyin Plastisitesini Hatırlatan Eşsiz Yeniden Yapılandırılabilirliğe Sahiptir

02.09.2021
41
Yeni Moleküler Hesaplama Cihazı, Beyin Plastisitesini Hatırlatan Eşsiz Yeniden Yapılandırılabilirliğe Sahiptir

Dergide yayınlanan bir keşifte Doğa, Uluslararası bir araştırma ekibi, olağanüstü hesaplama becerisine sahip yeni bir moleküler cihaz tanımladı.

İnsan beynindeki bağlantıların esnekliğini anımsatan cihaz, uygulanan voltajları değiştirerek farklı hesaplama görevleri için anında yeniden yapılandırılabilir. Ayrıca, sinir hücreleri anıları depolayabildiği gibi, aynı cihaz gelecekte geri almak ve işlemek için bilgileri de saklayabilir.

“Beyin, sinir hücreleri arasında bağlantılar kurarak ve keserek etrafındaki kabloları değiştirme konusunda olağanüstü bir yeteneğe sahiptir. Texas A&M Üniversitesi Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bölümü’nde profesör olan Dr. R. Stanley Williams, fiziksel bir sistemde karşılaştırılabilir bir şey elde etmek son derece zor oldu” dedi. “Şimdi, beyindeki gibi fiziksel bağlantıları değiştirerek değil, mantığını yeniden programlayarak elde edilen, dramatik yeniden yapılandırılabilirliğe sahip moleküler bir cihaz yarattık.”

Dr. T. Venkatesan, Oklahoma Üniversitesi Kuantum Araştırma ve Teknoloji Merkezi (CQRT) direktörü, Gaithersburg Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’nde Bilimsel Ortak ve Singapur Ulusal Üniversitesi’nde elektrik ve bilgisayar mühendisliği yardımcı profesörü , moleküler cihazlarının gelecekte gelişmiş hesaplama gücü ve hızına sahip, ancak önemli ölçüde azaltılmış enerji tüketen yeni nesil işleme çiplerinin tasarlanmasına yardımcı olabileceğini de sözlerine ekledi.

İster tanıdık dizüstü bilgisayar ister sofistike bir süper bilgisayar olsun, dijital teknolojiler ortak bir düşmanla, von Neumann darboğazı ile karşı karşıya. Hesaplamalı işlemedeki bu gecikme, veri ve programları içeren belleğin işlemciden fiziksel olarak ayrıldığı mevcut bilgisayar mimarilerinin bir sonucudur. Sonuç olarak, bilgisayarlar iki sistem arasında bilgi alışverişi yapmak için önemli miktarda zaman harcar ve bu da darboğaza neden olur. Ayrıca, son derece yüksek işlemci hızlarına rağmen, bu birimler bilgi alışverişi dönemlerinde uzun süre boşta kalabilir.

Bellek birimleri ve işlemciler tasarlamak için kullanılan geleneksel elektronik parçalara bir alternatif olarak, memristör adı verilen cihazlar, von Neumann darboğazını aşmanın bir yolunu sunar. Niyobyum dioksit ve vanadyum dioksit gibi memristörler, belirli bir sıcaklıkta yalıtkan olmaktan iletkene geçiş yaparlar. Bu özellik, bu tip memristörlere hesaplama yapma ve veri depolama yeteneği verir.

Bununla birlikte, birçok avantajlarına rağmen, bu metal oksit memristörler, nadir toprak elementlerinden yapılmıştır ve yalnızca kısıtlayıcı sıcaklık rejimlerinde çalışabilir. Williams, bu nedenle, karşılaştırılabilir bir anımsatıcı işlevi yerine getirebilecek gelecek vaat eden organik moleküller için devam eden bir araştırma olduğunu söyledi.

Hindistan Bilim Yetiştirme Derneği’nde profesör olan Dr. Sreebrata Goswami, bu çalışmada kullanılan materyali tasarladı. Bileşik merkezi bir metale sahiptir. atom (demir) ligand adı verilen üç fenil azo piridin organik molekülüne bağlanır.

Sreebrata, “Bu, altı elektronu geri dönüşümlü olarak emebilen ve yedi farklı redoks durumuyla sonuçlanan bir elektron süngeri gibi davranır” dedi. “Bu durumlar arasındaki karşılıklı bağlantı, bu çalışmada gösterilen yeniden yapılandırılabilirliğin arkasındaki anahtardır.”

Singapur Ulusal Üniversitesi’nde araştırmacı olan Dr. Sreetosh Goswami, bu projeyi, üstte bir altın tabakası ile altın infüzyonlu nanodisk ve indiyum kalay oksit arasına sıkıştırılmış 40 nanometrelik bir moleküler film tabakasından oluşan küçük bir elektrik devresi oluşturarak tasarladı. altta.

Cihaza negatif voltaj uygulandığında Sreetosh, daha önce kimsenin görmediği bir akım-voltaj profiline tanık oldu. Sadece bir sabit voltajda metalden yalıtkana geçebilen metal oksit memristörlerin aksine, organik moleküler cihazlar birkaç farklı ardışık voltajda yalıtkandan iletkene geçiş yapabilir.

“Yani, cihazı bir açma-kapama düğmesi olarak düşünürseniz, voltajı daha negatif süpürdüğümüz için, cihaz önce açıldı, sonra kapandı, sonra açıldı, sonra tekrar açıldı. Az önce oturduğumuz yerden fırladığımızı söyleyeceğim,” dedi Venkatesan. “Gördüklerimizin gerçek olduğuna kendimizi inandırmak zorundaydık.”

Sreetosh ve Sreebrata, Raman spektroskopisi adı verilen bir görüntüleme tekniği kullanarak meraklı anahtarlama davranışının altında yatan moleküler mekanizmaları araştırdı. Özellikle, organik molekülün çoklu geçişleri açıklayabilecek titreşim hareketinde spektral imzalar aradılar. Araştırmaları, voltajı negatif olarak süpürmenin, molekül üzerindeki ligandları, molekülün kapalı ve açık durumlar arasında geçiş yapmasına neden olan bir dizi indirgeme veya elektron kazanma olaylarından geçmesi için tetiklediğini ortaya çıkardı.

Daha sonra, moleküler cihazın son derece karmaşık akım-voltaj profilini matematiksel olarak tanımlamak için Williams, temel fizik tabanlı denklemlerin geleneksel yaklaşımından saptı. Bunun yerine, moleküllerin davranışını, çeşitli bilgisayar programlarında, özellikle dijital oyunlarda yaygın bir kod satırı olan “if-then-else” ifadeleriyle bir karar ağacı algoritması kullanarak tanımladı.

“Video oyunları, bir şeyler yapan bir karaktere sahip olduğunuz bir yapıya sahip ve bunun sonucunda da bir şeyler oluyor. Ve böylece, bunu bir bilgisayar algoritmasında yazarsanız, bunlar if-then-else ifadeleridir” dedi Williams. “Burada molekül, uygulanan voltajın bir sonucu olarak açılıp kapanıyor ve işte o zaman bu cihazları tanımlamak için karar ağaçlarını kullanmak için eureka anına sahip oldum ve çok iyi çalıştı.”

Ancak araştırmacılar, farklı gerçek dünyadaki hesaplama görevleri için programlar çalıştırmak için bu moleküler cihazları kullanmak için bir adım daha ileri gittiler. Sreetosh, deneysel olarak, cihazlarının tek bir zaman adımında oldukça karmaşık hesaplamalar yapabildiğini ve ardından bir sonraki anda başka bir görevi gerçekleştirmek için yeniden programlanabileceğini gösterdi.

“Oldukça olağanüstüydü; bizim cihazımız beynin yaptığına benzer bir şey yapıyordu ama çok farklı bir şekilde” dedi Sreetosh. “Yeni bir şey öğrenirken veya karar verirken, beyin aslında etrafındaki fiziksel kabloları yeniden yapılandırabilir ve değiştirebilir. Benzer şekilde, cihazlarımızı daha önce gördüklerinden farklı bir voltaj darbesi vererek mantıksal olarak yeniden programlayabilir veya yeniden yapılandırabiliriz.”

Venkatesan, farklı karar ağaçlarına sahip moleküler cihazlarından biri ile aynı hesaplama işlevlerini yerine getirmenin binlerce transistör alacağını kaydetti. Bu nedenle, teknolojilerinin ilk olarak cep telefonları ve sensörler gibi elde taşınan cihazlarda ve gücün sınırlı olduğu diğer uygulamalarda kullanılabileceğini söyledi.

Referans: Sreetosh Goswami, Rajib Pramanick, Abhijeet Patra, Santi Prasad Rath, Martin Foltin, A. Ariando, Damien Thompson, T. Venkatesan, Sreebrata Goswami ve R. Stanley Williams, “Moleküler memristör içinde karar ağaçları”, 1 Eylül 2021, Stanley Williams Doğa.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03748-0

Araştırmaya katkıda bulunan diğer kişiler arasında Singapur Ulusal Üniversitesi’nden Dr. Abhijeet Patra ve Dr. Ariando; Hindistan Bilim Yetiştirme Derneği’nden Dr. Rajib Pramanick ve Dr. Santi Prasad Rath; Hewlett Packard Enterprise, Colorado’dan Dr. Martin Foltin; ve İrlanda, Limerick Üniversitesi’nden Dr. Damien Thompson.

Venkatesan, bu araştırmanın, Hindistan Bilim Enstitüsü’ndeki nanobilim ve mühendislik merkezini ve NIST’deki Mikrosistemler ve Nanoteknoloji Bölümü’nü içerecek olan bu ortak ekibin gelecekteki keşiflerinin bir göstergesi olduğunu söyledi.

Bu çok disiplinli ve çok uluslu araştırma, Singapur Ulusal Araştırma Vakfı tarafından Rekabetçi Araştırma Programları kapsamında desteklenmiştir; Bilim ve Mühendislik Araştırma Kurulu, Hindistan; Texas A&M’deki Başkanın Mükemmellik Fonu’nun X-Grants Programı; Gelişmiş İmalat ve Mühendislik Bireysel Araştırma Bursu kapsamında Bilim, Teknoloji ve Araştırma, Singapur; Oklahoma CQRT Üniversitesi’nde başlangıç ​​fonları; ve Bilim Vakfı, İrlanda.

.

Gelişmelerden zamanında haberdar olmak için Google News’te Bilim Portal’a ABONE OLUN

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.