تولید کامپیوتر‌هایی شبیه به مغز انسان با اتصال گرافن و الماس

به گزارش گروه فناوری خبرگزاری دانشجو، امروزه معماری‌های کامپیوتری موجود در معرض داده‌های پیچیده هستند که این داده‌ها سرعت پردازش کامپیوتر‌ها را محدود می‌کند. از طرف دیگر، مغز انسان می‌تواند داده‌های بسیار پیچیده مانند تصاویر با کارایی بالا را پردازش کند. بنابراین، دانشمندان سعی کرده‌اند معماری «نورومورفیک» ایجاد کنند که از شبکه عصبی در مغز انسان تقلید می‌کند.

پدیده‌ای که برای حافظه و یادگیری ضروری است، «شکل پذیری سیناپسی» است، این شکل‌پذیری به توانایی سیناپس‌ها (پیوند‌های عصبی) برای سازگاری در پاسخ به افزایش یا کاهش فعالیت اطلاق می‌شود. دانشمندان سعی کرده‌اند با استفاده از ترانزیستور‌ها و ممریستور‌ها معماری مشابه مغز انسان ایجاد کنند.

ممریستور‌های کنترل شده با نور یا «فوتوممریستور» که به تازگی توسعه یافته‌اند، می‌توانند نور را تشخیص داده و حافظه‌ای غیرفرار شبیه به حافظه بصری انسان ارائه دهند. این خواص عالی، دری را به روی دنیای جدیدی از مواد باز کرده است که می‌توانند به‌عنوان سیناپس‌های نوری الکترونیکی مصنوعی عمل کنند!

این امر انگیزه اصلی یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه ناگویا برای طراحی اتصالات گرافن و الماس شد که می‌تواند ویژگی‌های سیناپس‌های زیستی و عملکرد‌های کلیدی حافظه را تقلید کند و در‌هایی را برای دستگاه‌های حافظه نسل بعدی باز کند.

در مقاله‌ای که به تازگی در مجله Carbon منتشر شده است، محققان عملکرد‌های سیناپسی کنترل شده از طریق نوری را با استفاده از اتصالات بین گرافن و الماس نشان دادند. اتصالات ساخته شده هنگامی که با پالس‌های نوری تحریک می‌شود عملکرد‌های سیناپسی زیستی مانند حافظه کوتاه مدت (STM) به حافظه بلند مدت (LTM) و تولید «جریان پس سیناپسی برانگیزاننده» (EPSC)، را تقلید می‌کند.

اودا در این باره گفت: «مغز ما به گونه توسعه یافته تا اطلاعات موجود را غربال کرده و مطالب مهم را ذخیره کند. ما مشابه این ویژگی را با آرایه‌های الماس/گرافن خود امتحان کردیم که مغز انسان را در معرض محرک‌های نوری شبیه‌سازی می‌کند.»

وی می‌افزاید: «این مطالعه به دنبال کشفی که در سال ۲۰۱۶ انجام شد، تعریف شده‌ است، هنگامی که ما متوجه تغییر هدایت نوری بزرگ در اتصالات گرافن و الماس شدیم.»

آرایه‌های الماس/گرافن تحت ولتاژ بایاس و واکنش‌های اکسیداسیون و احیاء نور ناشی از نور فلورسنت و LED‌های آبی قرار گرفتند. محققان دلیل این امر را وجود کربن‌های هیبرید شده متفاوت گرافن و الماس در سطح اتصال می‌دانند که منجر به مهاجرت یون‌ها در واکنش به نور شده و به نوبه خود به اتصالات اجازه می‌دهد تا عملکرد‌های حسگر را مشابه آنچه که توسط مغز و شبکیه انجام می‌شود، پیاده‌سازی کند.