İnsan Beyninde Bilgi İletmekten Sorumlu Nöral Sinyaller Benzeri Malzeme Tasarımı

Bilgisayarınızın sizin gibi düşündüğünü, hatta belki de sizi anlayabileceğini hiç düşündünüz mü? Bu şimdi değil belki ama gelecekte, Teksas A&M Üniversitesi liderliğindeki bilim insanı ve mühendis ekibinin insan beyninde bilgi iletmekten sorumlu nöral sinyaller için malzeme bazlı bir taklit keşfetmeleri sayesinde bir adım daha yakın olabilecek. Texas A&M kimyager Sarbajit Banerjee, Texas A&M elektrik ve bilgisayar mühendisi R. Stanley Williams, Kuzey Amerika ve yurtdışındaki diğer meslektaşları ile işbirliği içinde yürüttüğü multidisipliner ekip, katı hal materyali β'-Cux V2 O5'da nöron benzeri bir elektriksel anahtarlama mekanizmasını özellikle komuta iletkenlik ve yalıtım davranışı arasında nasıl tersine dönebileceğini keşfettiler. Araştırmayı yürüten ekip, sıcaklık veya bir elektrik uyaranla değişen dikkat çekici bir bukalemun benzeri malzeme olan β'-Cux V2 O5'ya yeniden bir göz atarak bu davranışı yönlendiren temel mekanizmayı netleştirmeyi başarmışlardır. Bu süreçte, bakır iyonlarının malzemenin içinde nasıl hareket ettiğini ve bu ince dansın dönüşümü için elektronların nasıl söndüğünü gösterdiler. Araştırmaları, bakır iyonlarının hareketinin, nöronların serebral sinir sisteminde işlev gördüğü şekilde elektriksel ani artışlar oluşturmak için kullanılabilen bir elektriksel iletkenlik değişiminin linchpin olduğunu ortaya koymuştur ve bu sonuç, insan beyni gibi işlev gören devrelerin geliştirilmesine yönelik önemli bir adımdır. Texas A&M kimya lisansüstü öğrencileri Abhishek Parija (şu anda Intel Corporation'da), Justin Andrews ve Joseph Handy'nin ilk yazar olarak yer aldığı makaleleri 27 Şubat'ta Cell Press dergisinde yayımlanmıştır. Enerjiyi verimli kullanan yeni bilişim modları geliştirme arayışlarında olan geniş tabanlı bu işbirliği grubu, beynin benzersiz yeteneklerini, eşsiz verimliliklerini çoğaltmak için tasarlanan nöromorfik hesaplama veya hesaplama yapmak için ayarlanabilir elektronik dengesizliklere sahip malzemelerden yararlanmaktadırlar.

Malzeme Özelliklerinin Ayarlanması Yeni Tasarım İlkelerinin Geliştirilmesi için Verimli Zemin Sağlar

Williams, doğanın, beyinde meydana gelen bilgi işlemeyi taklit etmek için uygun davranış türlerine sahip materyaller verdiğini ancak bugüne kadar karakterize edilenlerde çeşitli sınırlamalar olduğunu belirtti. Ayrıca Williams, yaptıkları bu çalışmanın öneminin kimyagerlerin rasyonel olarak önemli ölçüde iyileştirilmiş nöromorfik özelliklere sahip elektriksel olarak aktif materyaller tasarlayabildiğini ve yaratabildiğini göstermek olduğunu ifade etti. Parija, akıllı telefonlar ve dizüstü bilgisayarların her yenilemede daha şık ve daha hızlı görünürken, geleneksel kısıtlamalardan arınmış yeni malzemelerin ve hesaplama paradigmalarının enerji verimliliği açısından temel sınırlara ulaşan silikon bilgisayar çiplerinin yeteneklerini zorlayan sürekli hız ve enerji verimliliği taleplerini karşılamak için gerekli olduğunu belirtmektedir. Handy, ekibin hala elektriksel dirençteki değişimin büyüklüğü ile birlikte geçiş sıcaklığı ve anahtarlama hızı gibi birçok parametreyi optimize etmesi gerektiğini ifade etmektedir. Bununla birlikte araştırmacılar, β'-Cux V2 O5'daki MIT'in temel prensiplerini geniş aday alanı içinde bir prototip malzeme olarak belirleyerek, gelecekteki nöromorfik hesaplama malzemelerinin tasarımında yararlı olduğunu kanıtlayan belirli tasarım motiflerini ve ayarlanabilir kimyasal parametreleri tanımlamışlardır. Bu çalışma Teksas A&M X-Grant Programı tarafından desteklenen büyük bir çabanın ürünüdür. Parija, bu keşifin çok heyecan verici olduğunu çünkü malzeme özelliklerinin ayarlanması yeni tasarım ilkelerinin geliştirilmesi için verimli bir zemin sağladığı ve aynı zamanda enerji verimli elektronik kararsızlıklar hakkında düşünmek için de alandaki diğer araştırmacılara heyecan verici yeni yaklaşımlar önerdiğini belirtmiştir. Parija ayrıca, nöromorfik hesaplama içeren cihazların, silikon bazlı bilgi işlemin henüz sunmadığı geliştirilmiş enerji verimliliğini ve model tanıma gibi hesaplama zorluklarındaki performans iyileştirmeleri olan insan beyninin özellikle üstesinden gelmesi gereken görevler vaat ettiğini ifade etmiştir. Parrija son olarak, bu çalışmanın tanımladıkları materyaller ve mekanizmaların nöromorfik hesaplamasının gerçekleştirilmesine, bununla birlikte gelen tüm toplumsal faydaların ve genel vaatlerin gerçekleştirilmesine bir adım daha yaklaştırdığını sözlerine eklemiştir.