توسعه ابزار محاسباتی که عملکردی شبیه به مغز انسان دارد

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، پژوهشگران یک تیم تحقیقات بین‌المللی از فرانسه، بریتانیا، و عربستان اقدام به ساخت سامانه محاسباتی موسوم به ممریستور کردند که عملکردی شبیه به مغز انسان دارد.

این گروه تحقیقات با الهام از مغز انسان اقدام به طراحی و ساخت این ابزار کردند که می‌تواند مصرف انرژی را در محاسبات کامپیوتر کاهش داده و سرعت پردازش اطلاعات را افزایش دهد.

پایگاه اطلاعاتی پرچمداری گرافن که میزبان این پروژه است، نوشته است که ما در مراحل اولیه ساخت تراشه نورومورفیک هستیم. تراشه‌های نورومورفیک پیشرفته از شش ترانزیستور برای پیاده‌سازی یک سیناپس الکترونیکی استفاده می‌کنند. با این حال، ممریستور‌ها از نظر قدرت و فضا بسیار کارآمدتر هستند. یک ممریستور می‌تواند یک سیناپس الکترونیکی را پیاده‌سازی کند. ممریستور‌های صنعتی کنونی دارای دو حالت مقاومت هستند که ۱ و ۰ کد دودویی را شبیه‌سازی می‌کنند، اما انعطاف‌پذیری الکتروسیناپسی را نشان نمی‌دهند. به همین دلیل است که محققان برای آزمایش مواد نوآورانه رقابت می‌کنند. در این مطالعه، محققان پاسخ‌های نانوسیناپسی را در ممریستور ساخته شده از GO که بین دو فلز قرار گرفته بود، نشان دادند. یکی از فلزات، نوک پلاتین میکروسکوپ نیروی اتمی رسانا (CAFM) است که جریان الکتریکی بین نوک و لایه GO را اندازه‌گیری می‌کند. استفان هاج از محققان این پروژه می‌گوید: «GO به نظر یک انتخاب واضح برای این کاربرد به نظر می‌رسید؛ خواص عایق ذاتی وانعطاف پذیری آن، مزایای کلیدی اکسید گرافن نسبت به سایر مواد لایه‌ای پردازش شده بود. این مطالعه کاربرد مواد مبتنی بر گرافن را نشان می‌دهد که پتانسیل بالایی برای فعال کردن فناوری‌های آینده دارد.

اکثر مطالعات از ممریستور‌های بزرگتر از ۱۰۰ میکرومتر مربع استفاده کردند که چگالی یکپارچه سازی مورد نیاز صنعت فناوری اطلاعات را برآورده نمی‌کند. در این مطالعه در عوض، سطح تماس بین GO و دو الکترود ~۵۰ نانومتر مربع بود که بیش از سه مرتبه قدر کوچکتر از آزمایش‌های قبلی بود. از آنجایی که محققان می‌خواستند پالس‌های الکتروشیمیایی نورون‌ها را با تجهیزات فنی خود تکرار کنند، CAFM را برای اعمال پالس‌های ولتاژ کوتاه اصلاح کردند و جریانی را که از طریق لایه GO به فلز دیگر می‌رفت اندازه‌گیری کردند. دستگاه‌های ساخته شده با پلاتین، GO و طلا می‌توانند سنبله را از نوک پلاتین به لایه طلا در سراسر سیناپس GO منتقل کنند. جریان با هر دو دامنه و تعداد پالس‌ها افزایش می‌یابد. پاسخی شبیه به آنچه در سیناپس‌های تحریکی زیستی بین دو نورون مشاهده می‌شود. این دستگاه حدود ۳ میکرووات انرژی مصرف می‌کند که در میان کمترین مصرف برق تا به امروز است. این تیم همچنین رسانایی غیرفرار را نشان داد. گامی به سمت انعطاف پذیری طولانی مدت، که در آن تغییرات مقاومت برای چند دقیقه یا چند روز ثابت می‌ماند.

این کار نشان‌دهنده یک گام بزرگ به سمت تحقق سیناپس‌های بزرگ مقیاس برای کاربرد‌های شبکه عصبی مصنوعی است. نویسندگان همچنین توانستند عملکرد محاسباتی و عملکرد نانوسیناپس‌ها را با کاهش مصرف انرژی بهبود بخشند. آندریا فراری، مسئول علم و فناوری پرچمدار گرافن، می‌افزاید: «گرافن و مواد مرتبط پتانسیل بالایی برای محاسبات نورومورفیک دارند. این کار گام مهمی برای نمایش عملکرد آن‌هاست.»