فهرست مطالب
پژوهشگران چینی تراشه انعطاف‌پذیر جدیدی با الهام از مغز انسان ساخته‌اند که محاسبات را در ۲۶ نانوثانیه انجام می‌دهد، با دقت ۹۷٫۲۳ درصد اعداد دست‌نویس را تشخیص می‌دهد و پس از پایان استفاده تنها در شش دقیقه تجزیه میشود.
به گزارش سرویس سخت افزار تکناک، محققان دانشگاه علم و فناوری سوژو به سرپرستی پروفسور یانگ لی، این تراشه را با استفاده از جوهرهای مایع و در دمای اتاق تولید کرده‌اند.
نتایج این پژوهش در نشریه علمی International Journal of Extreme Manufacturing منتشر شده است و نشان می‌دهد که تولید سخت‌افزارهای قدرتمند، انعطاف‌پذیر و قابل تجزیه بدون نیاز به تجهیزات گران‌قیمت ساخت تراشه‌های سیلیکونی امکان‌پذیر است.
مغز انسان با مصرف تنها حدود ۲۰ وات انرژی، میلیاردها نورون را برای پردازش و ذخیره‌سازی اطلاعات به کار می‌گیرد. در مقابل، کامپیوترهای امروزی انرژی زیادی را صرف انتقال مداوم داده‌ها میان پردازنده و حافظه می‌کنند. پژوهشگران با الگوبرداری از ساختار مغز تلاش کرده‌اند این محدودیت را برطرف کنند و مصرف انرژی در پردازش اطلاعات را کاهش دهند.
تلاش‌های پیشین برای ساخت سیناپس‌های مصنوعی معمولا به استفاده از سیلیکون سخت، فلزات سنگین و فرایندهای صنعتی پرمصرف وابسته بود. این روش‌ها علاوه بر هزینه تولید بالا باعث افزایش زباله‌های الکترونیکی غیرقابل‌بازیافت می‌شوند.
بیشتر بخوانید: این تراشه اطلاعات را در آب ذخیره می کند
ساخت سیناپس مصنوعی با سرعت ۲۶ نانوثانیه
پژوهشگران برای ساخت تراشه انعطاف‌پذیر از مولکول‌های آلی پورفیرین استفاده کرده‌اند. این مولکول‌ها در ساختاری دوبعدی به نام TCPP-HOF قرار می‌گیرند که نوعی چارچوب آلی مبتنی بر پیوند هیدروژنی است.
در این ساختار، پیوندهای هیدروژنی مولکول‌ها را در صفحات منظم کنار یکدیگر نگه می‌دارند. فاصله میان صفحات تنها ۰٫۳۵ نانومتر است که تقریبا یکصدهزار برابر کمتر از ضخامت یک تار موی انسان محسوب میشود.
این آرایش مولکولی به تراشه اجازه می‌دهد اثر پالس‌های الکتریکی را ذخیره کند و رفتاری مشابه سیناپس‌های مغز داشته باشد.
هنگامی که یک پالس ولتاژ مستقیم به ساختار وارد میشود، بارهای الکتریکی در جایگاه‌های مشخصی میان مولکول‌ها قرار می‌گیرند. این اتفاق مقاومت الکتریکی را کاهش و رسانایی قطعه را افزایش می‌دهد.
در مغز انسان نیز ارتباط میان نورون‌ها با تقویت مکرر خاطرات مستحکم‌تر میشود. سیناپس مصنوعی جدید عملکرد مشابهی دارد و می‌تواند وضعیت اتصال الکتریکی خود را تغییر دهد.
اعمال پالس ولتاژ معکوس، بارهای ذخیره‌شده را خارج می‌کند و اتصال را به وضعیت قبلی بازمی‌گرداند.
این تغییر وضعیت تنها در ۲۶ نانوثانیه انجام میشود که حدود ۲۰ میلیون برابر سریع‌تر از پلک‌زدن انسان است. همچنین این تراشه می‌تواند ۱۰ سطح مجزای حافظه را به صورت پایدار نگهداری کند.
این ویژگی‌ها امکان انجام محاسبات و ذخیره‌سازی اطلاعات را در یک ساختار مشترک فراهم می‌کنند و می‌توانند وابستگی به جابه‌جایی مداوم داده‌ها میان پردازنده و حافظه را کاهش دهند.
بیشتر بخوانید: تراشه ۱۰۰ کیوبیتی IBM مرز آشوب و نظم را شکست
تشخیص اعداد دست‌نویس با دقت ۹۷٫۲۳ درصد
محققان برای بررسی عملکرد این تراشه، شبکه‌ای متشکل از ۱۰۰ سیناپس مصنوعی را در آرایشی ۱۰ در ۱۰ روی یک بستر پلاستیکی انعطاف‌پذیر از جنس پلی‌ایمین چاپ کردند.
سپس آنها این شبکه را در آزمایش‌های استاندارد تشخیص اعداد دست‌نویس به کار گرفتند. نتایج نشان داد که تراشه چاپ‌شده توانسته است اعداد را با دقت ۹۷٫۲۳ درصد شناسایی کند.
این میزان دقت به سقف نظری ۹۹٫۲۴ درصدی نرم‌افزارهای استاندارد اجراشده روی کامپیوترهای متداول نزدیک است. نتایج آزمایش نشان می‌دهد که قطعات آلی چاپ‌شده نیز می‌توانند وظایف پردازشی مبتنی بر تشخیص الگو را با دقت بالا انجام دهند.
پژوهشگران مقاومت مکانیکی تراشه را نیز آزمایش کردند. لایه‌های آلی حتی پس از ۲۰۰ بار خم شدن متوالی روی انحنایی با شعاع پنج میلی‌متر، عملکرد خود را حفظ کردند.
این انعطاف‌پذیری می‌تواند برای ساخت تجهیزات الکترونیکی پوشیدنی اهمیت زیادی داشته باشد. چنین تجهیزاتی باید هنگام حرکت بدن یا قرار گرفتن روی سطوح خمیده، عملکرد خود را حفظ کنند.
روش تولید این تراشه‌ها نیز با فرایندهای متداول صنعت نیمه‌رسانا تفاوت دارد. محققان به‌جای استفاده از محفظه‌های خلأ و تجهیزات چندمیلیون‌دلاری، مواد مورد نیاز را با جوهرهای مایع و در دمای اتاق چاپ کرده‌اند.
این روش امکان استفاده از چاپگرهای جوهرافشان و تجهیزات پوشش‌دهی پاششی را برای تولید قطعات محاسباتی فراهم می‌کند.
تجزیه تراشه انعطاف‌پذیر در شش دقیقه
یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های تراشه جدید، قابلیت حل‌شدن آن پس از پایان دوره استفاده است. پژوهشگران نشان داده‌اند که قرار دادن قطعه در یک محلول شیمیایی گرم، باعث تجزیه بستر پلیمری و ساختار مولکولی آن میشود.
این فرایند تنها شش دقیقه طول می‌کشد و مواد تشکیل‌دهنده تراشه را به واحدهای مولکولی محلول تبدیل می‌کند. پس از پایان فرایند نیز مقدار بسیار کمی پسماند خنثی باقی می‌ماند.
این قابلیت می‌تواند به کاهش زباله‌های الکترونیکی کمک کند، به‌ویژه در تجهیزاتی که برای استفاده کوتاه‌مدت طراحی می‌شوند.
یکی از کاربردهای احتمالی این فناوری، تولید چسب‌های پزشکی هوشمند و دستگاه‌های پوشیدنی موقت است. چنین تجهیزاتی می‌توانند داده‌های سلامت را مستقیما روی بدن پردازش کنند و پس از پایان استفاده، در شرایط مناسب حل شوند.
با وجود این، پژوهشگران هنوز باید برخی محدودیت‌های فنی را برطرف کنند. آنها اکنون در حال توسعه آرایه‌های محاسباتی بزرگ‌تر و ساخت پوشش‌های محافظ بسیار نازک در برابر رطوبت هستند.
این پوشش‌ها برای جلوگیری از آسیب دیدن مدارهای محلول در آب ضروری هستند و باید عملکرد پایدار تراشه‌ها را در محیط‌های مرطوب تضمین کنند.
در صورت موفقیت مراحل بعدی پژوهش، این فناوری می‌تواند زمینه تولید نسل جدیدی از تراشه‌های کم‌مصرف، انعطاف‌پذیر و قابل‌تجزیه را فراهم کند و وابستگی تجهیزات الکترونیکی موقت به مواد سخت و ماندگار را کاهش دهد.
بیشتر بخوانید: این ماده جدید سرعت رمزنگاری ریزتراشه‌ها را هزاران برابر می کند
