با استفاده از مواد جدید؛

تولید سخت افزار‌های کامپیوتری شبیه به مغز انسان ممکن می‌شود

پژوهشگران هلندی نشان دادند که با طراحی مواد جدید می‌توان به ساختار‌هایی شبیه به نورون و سیناپس رسید. این ساختار‌ها در نهایت به ساخت سخت افزار کامپیوتری شبیه مغز منتهی می‌شوند.

کد خبر: ۹۳۵۹۵۳

شنبه - ۰۱ خرداد ۱۴۰۰ / May 22, 2021

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، کامپیوتر‌های کلاسیک از مقادیر باینری یعنی صفر و یک برای انجام کار استفاده می‌کنند. در مقابل، سلول‌های مغز ما می‌توانند از مقادیر بیشتری برای کار استفاده کنند و این باعث می‌شود توان آن‌ها بیشتر از کامپیوتر باشد. به همین دلیل است که دانشمندان به محاسبات نورومورفیک (با عملکردی شبیه به مغز) علاقه‌مند هستند.

فیزیکدانان دانشگاه گرونینگن (هلند) با استفاده از یک اکسید با ساختار پیچیده، عناصری شبیه به نورون‌ها و سیناپس‌های مغز ساختند.

اگرچه کامپیوتر‌ها بسیار سریع‌تر از انسان می‌توانند محاسبات ساده را انجام دهند، اما مغز ما در کار‌هایی مانند تشخیص اشیاء از ماشین‌های سیلیکون یعنی کامپیوتر‌ها پیشی می‌گیرد. علاوه بر این، مغز ما انرژی کمتری نسبت به کامپیوتر‌ها مصرف می‌کند. بخشی از این را می‌توان با نحوه عملکرد مغز ما توضیح داد؛ در حالی‌که کامپیوتر از سیستم دوتایی استفاده می‌کند (با مقادیر ۰ یا ۱)، سلول‌های مغز می‌توانند سیگنال‌های آنالوگ بیشتری را با طیف وسیعی از مقادیر ارائه دهند.

عملکرد مغز ما را می‌توان در کامپیوتر‌ها شبیه سازی کرد، اما ساختار اصلی هنوز به یک سیستم باینری متکی است. به همین دلیل دانشمند به دنبال راه‌هایی برای گسترش این فناوری هستند و سخت افزاری شبیه به مغز را ایجاد کنند.

تامالیکا بانرجی، استاد اسپینترونیک مواد کاربردی در موسسه مواد پیشرفته زرنیک، دانشگاه گرونینگن، می‌گوید: «یک ایده، ایجاد بیت‌های مغناطیسی است که قادراند حالت‌های میانی داشته باشند.»

وی در حوزه اسپینتروینک کار می‌کند، که از ویژگی مغناطیسی الکترون به نام «اسپین» برای انتقال، دستکاری و ذخیره اطلاعات استفاده می‌کند.

در این مطالعه، آن‌ها فیلم‌های نازکی از یک فلز فرومغناطیسی (اکسید استرانسیم-روتنات، SRO) ایجاد شده روی یک لایه از اکسید تیتانات استرانسیم ایجاد کردند. این فیلم نازک حاوی دامنه‌های مغناطیسی عمود بر صفحه فیلم بود. گوسنز از محققان این پروژه می‌گوید: «این‌ها می‌توانند با کارایی بیشتری نسبت به دامنه‌های مغناطیسی درون صفحه‌ای سوئیچ شوند.»

با انطباق با شرایط رشد، می‌توان جهت‌گیری بلوری را در SRO کنترل کرد. پیش از این، دامنه‌های مغناطیسی خارج از صفحه با استفاده از روش‌های دیگر ساخته شده بودند، اما معمولاً به ساختار‌های لایه‌ای پیچیده نیاز است.

دامنه‌های مغناطیسی را می‌توان با استفاده از جریان از طریق یک الکترود پلاتین در بالای SRO جابه‌جا کرد. گوسنز می‌گوید: «هنگامی که دامنه‌های مغناطیسی کاملاً عمود بر فیلم قرار بگیرند، کل دامنه تغییر خواهد کرد.»

با این حال، هنگامی که دامنه‌های مغناطیسی کمی کج می‌شوند، پاسخ احتمالی است یعنی همه دامنه‌ها یکسان نیستند و مقادیر میانی هنگامی اتفاق می‌افتد که فقط بخشی از بلور‌های دامنه سوئیچ کرده باشد.

دانشمندان می‌توانند با انتخاب نوع زیرلایه که SRO روی آن رشد می‌کند، ناهمسانگردی مغناطیسی این ساختار را کنترل کنند. این موضوع به آن‌ها اجازه می‌دهد تا دو دستگاه مختلف اسپینترونیک تولید کنند.

گووسنز می‌گوید: «این ناهمسانگردی مغناطیسی دقیقاً همان چیزی است که ما می‌خواستیم. سوئیچینگ احتمالی با عملکرد نورون‌ها مقایسه می‌شود، در حالی‌که سوئیچینگ قطعی بیشتر شبیه یک سیناپس است.»

دانشمندان انتظار دارند که در آینده با ترکیب این حوزه‌های مختلف در یک دستگاه اسپینترونیک که می‌تواند به مدار‌های مبتنی بر سیلیکون متصل شود، سخت افزار کامپیوتری شبیه مغز ایجاد کنند. علاوه بر این، سوئیچینگ احتمالی امکان محاسبات تصادفی را فراهم می‌کند، که یک فناوری امیدوارکننده است.