septembrie 23, 2021

Obiectiv Jurnalul de Tulcea – Citeste ce vrei sa afli

Informații despre România. Selectați subiectele despre care doriți să aflați mai multe

Noul dispozitiv de calcul molecular are un potențial de reconfigurare fără precedent care amintește de culoarea creierului

Într-o descoperire publicată în revistă natura temperamentului, O echipă internațională de cercetători a descris un nou dispozitiv molecular cu o ingeniozitate de calcul excepțională.

Amintind de flexibilitatea de comunicare a creierului uman, dispozitivul poate fi reconfigurat în zbor pentru a îndeplini diverse sarcini de calcul pur și simplu prin schimbarea tensiunilor aplicate. Mai mult, la fel cum neuronii pot stoca amintiri, dispozitivul în sine poate deține și informații pentru regăsire și procesare viitoare.

Creierul are o abilitate uimitoare de a schimba firele din jurul său prin crearea și tăierea conexiunilor între neuroni. Dr. R. a spus: Stanley Williams, profesor în cadrul Departamentului de Inginerie Electrică și Calculatoare de la Universitatea Texas A&M, a spus că realizarea a ceva similar într-un sistem fizic a fost foarte dificilă. „Am creat acum un dispozitiv molecular care are potențialul de remodelare dramatică, care se realizează nu prin schimbarea conexiunilor fizice ca în creier, ci prin reprogramarea logicii sale”.

Dr. T. Venkatesan, director al Centrului de Cercetare și Tehnologie Cuantică (CQRT) de la Universitatea din Oklahoma, membru științific al Institutului Național de Standarde și Tehnologie, Gaithersburg și profesor asistent de inginerie electrică și informatică la Universitatea Națională din Singapore, a adăugat că dispozitivele lor moleculare ar putea ajuta în viitor la proiectarea cipurilor de procesare. Next-gen cu putere și viteză de calcul îmbunătățite, dar consumă mult mai puțină energie.

Fie că este vorba despre un laptop familiar sau un supercomputer de ultimă generație, tehnologiile digitale se confruntă cu un inamic comun, blocajul von Neumann. Această întârziere în procesarea computațională este o consecință a arhitecturilor curente ale computerului, unde memoria, care conține date și programe, este separată fizic de procesor. Drept urmare, computerele petrec mult timp transmitând informații între cele două sisteme, ceea ce determină limitarea. De asemenea, în ciuda vitezei foarte mari a procesorului, aceste unități pot rămâne inactiv pentru perioade lungi de timp în perioadele de schimb de informații.

Ca alternativă la piesele electronice tradiționale utilizate pentru proiectarea modulelor de memorie și a procesoarelor, dispozitivele numite memristori oferă o modalitate de a ocoli blocajul von Neumann. Memoriștii, precum cei din dioxid de niobiu și dioxid de vanadiu, trec de la un izolator la un conductor la o temperatură specifică. Această proprietate oferă acestor tipuri de memoriști posibilitatea de a efectua calcule și de a stoca date.

READ  SpaceX Cargo Dragon a andocat cu succes la Stația Spațială Internațională

Cu toate acestea, în ciuda numeroaselor avantaje, aceste memristori de oxid de metal sunt fabricate din elemente de pământ rar și pot funcționa numai în regimuri de temperatură restricționate. Prin urmare, a existat o căutare continuă pentru molecule organice promițătoare care pot îndeplini o funcție memristivă similară, a spus Williams.

Dr. Sriprata Goswami, profesor la Asociația indiană pentru cultivarea științei, a proiectat materialele utilizate în această lucrare. Complexul conține un mineral central porumb (Fierul) este legat de trei molecule organice de fenil azopiridină numite legături.

„Aceasta se comportă ca un burete electronic care poate absorbi reversibil până la șase electroni, rezultând șapte stări redox diferite”, a spus Sriprata. „Relația dintre aceste state este cheia din spatele reconfigurării descrise în această lucrare”.

Dr. Sritush Goswami, cercetător la Universitatea Națională din Singapore, a conceput proiectul prin crearea unui microcircuit format dintr-un strat de 40 de nanometri de film molecular cuprins între un strat de aur deasupra și un nanodisc lustruit cu aur și oxid de staniu de indiu. În partea de jos.

Când s-a aplicat o tensiune negativă dispozitivului, Sritosh a văzut un profil de tensiune de curent, așa cum nu mai văzuse nimeni înainte. Spre deosebire de memristorii cu oxid de metal care pot trece de la metal la izolator cu o singură tensiune constantă, dispozitivele moleculare organice pot comuta înainte și înapoi de la izolator la conductor la tensiune de serie separată.

„Așadar, dacă vă gândiți la dispozitiv ca la un comutator pornit-oprit, în care măturam tensiunea mai negativă, dispozitivul a trecut inițial de la pornit la oprit, apoi oprit la pornit, apoi pornit la oprit și pornit din nou”, a spus Venkatesan .: „Voi spune că tocmai am suflat din scaunul nostru.” „A trebuit să ne convingem că ceea ce vedeam era real.”

READ  Suprafața lunii Jupiter Europa este influențată de impacturi mici - condițiile sale pot fi în prezent potrivite pentru viață

Sreetosh și Sreebrata au investigat mecanismele moleculare care stau la baza comportamentului de comutare ciudat folosind o tehnică de imagistică numită spectroscopie Raman. În special, au căutat semnături spectrale în mișcarea vibrațională a unei molecule organice care ar putea explica tranzițiile multiple. Investigațiile lor au arătat că tensiunile negative puternice au forțat legăturile de pe moleculă să sufere o serie de evenimente de reducere sau de câștig de electroni, care au determinat trecerea moleculei între starea în afara stării și starea.

Apoi, pentru a descrie matematic profilul curent-tensiune extrem de complex al unui dispozitiv molecular, Williams a plecat de la abordarea tradițională a ecuațiilor fundamentale bazate pe fizică. În schimb, descrieți comportamentul particulelor folosind un algoritm al arborelui decizional cu instrucțiuni „if-then-else”, o linie comună de cod în multe programe de calculator, în special jocurile digitale.

“Jocurile video au o structură în care ai un personaj care face ceva, iar apoi se întâmplă ceva. Prin urmare, dacă scrii asta într-un algoritm de computer, este un dacă.” Am avut un moment eureka folosind copaci de decizie pentru a descrie aceste dispozitive și a funcționat foarte bine. “

Dar cercetătorii au mers atât de departe încât să exploateze aceste dispozitive moleculare pentru a rula programe pentru diverse sarcini de calcul din lumea reală. Sreetosh a demonstrat experimental că mașinile lor pot efectua calcule destul de complexe într-o singură etapă și apoi pot fi reprogramate pentru a efectua o altă sarcină în momentul următor.

„A fost foarte neobișnuit; aparatul nostru făcea ceva asemănător cu ceea ce face creierul, dar într-un mod complet diferit”, a spus Sritosh. „Când înveți ceva nou sau când te hotărăști, creierul poate reconfigura și schimba firele fizice din jur aceasta. La fel, putem reprograma sau reconfigura în mod logic dispozitivele noastre, oferindu-le un impuls de tensiune diferit de cel pe care l-au văzut până acum. “

READ  Spitalele Covid-19 sunt din nou în creștere, dar de data aceasta este diferit

Venkatesan a menționat că ar fi nevoie de mii de tranzistoare pentru a îndeplini aceleași funcții de calcul ca unul dintre dispozitivele lor moleculare cu arbori de decizie diferiți. Prin urmare, el a spus că tehnologia lor poate fi utilizată mai întâi pe dispozitive mobile, cum ar fi telefoane mobile și senzori, și alte aplicații în care puterea este limitată.

Referință: „Arbori de decizie într-un memristor molecular” De Sreetosh Goswami, Rajib Pramanick, Abhijeet Patra, Santi Prasad Rath, Martin Foltin, A. Ariando, Damien Thompson, T. Venkatesan, Sreebrata Goswami, R. Stanley Williams, 1 septembrie 2021, Disponibil aici. temperamentul naturii.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03748-0

Alți participanți la cercetare includ Dr. Abhijit Batra și Dr. Ariando de la Universitatea Națională din Singapore; Rajeb Bramanik și Dr. Santi Prasad Rath de la Asociația indiană pentru cultivarea științei; Dr. .. Martin Folten de la Hewlett Packard Enterprise, Colorado; și dr. Damien Thompson de la Universitatea din Limerick din Irlanda.

Venkatesan a spus că această cercetare este indicativă pentru descoperirile viitoare ale acestei echipe de colaborare, care va include Centrul pentru Nanostiințe și Inginerie de la Indian Institute of Science și Departamentul de Microsisteme și Nanotehnologie de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie (NIST).

Această cercetare interdisciplinară și multinațională a fost susținută de Singapore National Research Foundation în cadrul programelor sale de cercetare competitivă; Consiliul de Cercetare Știință și Inginerie, India; Programul X-Grants pentru Fondul de Excelență Prezidențial Texas A&M; Știință, tehnologie și cercetare, Singapore, în cadrul subvențiilor sale individuale de cercetare pentru producție avansată și inginerie; fonduri de pornire la Universitatea CQRT din Oklahoma; și Science Foundation, Irlanda.