تحولی در دنیای رایانش: دانشمندان با الهام از مغز انسان مدار مبتنی بر آب جدیدی ساختند

آینده رایانش شبکه‌های عصبی ظاهرا قرار است کمی آب‌دارتر از چیزی شود که انتظارش را داشتیم. گروهی از فیزیکدانان به تازگی یک مدار یونی ساخته‌اند که به جای الکترون در نیمه‌رساناهای جامد از اتم‌ها و مولکول‌های باردار در یک محلول آبی استفاده می‌کند تا ساختاری شبیه‌تر به مغز انسان داشته باشد.

تیمی از فیزیکدان‌ها به رهبری «وو-بین جونگ» از دانشگاه هاروارد می‌گوید با توجه به این که این ساختار جدید از نظر شیوه انتقال اطلاعات شباهت بیشتری به مغز دارد، می‌تواند گام مهم بعدی در زمینه رایانش به حساب بیاید.

ساخت مدار یونی با الهام از مغز انسان

جونگ می‌گوید: «مدارهای یونی در محلول‌های آبی از یون‌ها به عنوان حامل بار به منظور پردازش سیگنال استفاده می‌کنند. ما حالا از یک مدار یونی آب‌دار استفاده کرده‌ایم و این نمونه از مدارهای یونی که قادر به رایانش آنالوگ هستند، گام دیگری به سمت تولید مدارهای یونی آب‌دار پیشرفته محسوب می‌شود.»

بخش مهمی از فرآیند انتقال سیگنال در مغز به واسطه حرکت مولکول‌های باردار موسوم به یون از طریق یک واسط حالت مایع انجام می‌شود. اگرچه شبیه‌سازی توان پردازش بی‌نظیر مغز کار بسیار سختی است، دانشمندان دریافته‌اند که می‌توان از یک سیستم مشابه برای انتقال یون‌ها در محلول‌های آبی استفاده کرد.

این روش پردازش می‌تواند نسبت به رایانش مرسوم و مبتنی بر سیلیکون کُندتر باشد، اما مزایای خوبی را به همراه دارد. برای مثال، یون‌ها می‌توانند از دامنه وسیعی از مولکول‌ها به وجود آیند و هر کدام خصوصیات متفاوتی با کاربردهای گوناگون داشته باشند.

محققان در این پروژه ابتدا یک ترانزیستور یونی ساختند که سیگنال‌ها را سوییچ یا تقویت می‌کند. سپس صدها عدد از این ترانزیستورها را با هم ترکیب کردند تا یک مدار یونی بسازند. محققان برای انجام این کار ترانزیستورها را با آرایه‌های 16 در 16 کنار هم گذاشتند تا مداری بسازند که قادر به ضرب ماتریس‌ها باشد. ضرب ماتریس رایج‌ترین محاسبه در شبکه‌های عصبی برای هوش مصنوعی است.

این فناوری البته محدودیت‌های مهمی دارد. توان ترانزیستورها به ‌صورت جداگانه قابل استفاده نیست و در نتیجه عملیات‌ها باید پشت سر هم انجام شوند و امکان اجرای همزمان آن‌ها وجود ندارد. دانشمندان حالا می‌خواهند از مولکول‌های دیگری برای پردازش اطلاعات پیچیده‌تر استفاده کنند. نتایج تحقیق حاضر در مجله Advanced Materials منتشر شده است.