الباحثون يقلدون الخلايا العصبية في الدماغ باستخدام مادة أشباه الموصلات 

تعتبر رقائق الكمبيوتر من أهم جوانب الذكاء الاصطناعي (AI). تعتبر القطع الصغيرة القوية أساسًا للتعرف التلقائي على الصور وهي مسؤولة جزئيًا عن تعليم الروبوتات كيفية القيام بأنشطة معينة مثل المشي. مع الإمكانات المتزايدة لتقنية الذكاء الاصطناعي ، يجب أن تكون رقائق الكمبيوتر اليوم قوية للغاية واقتصادية ، ولكن هذا أمر يصعب تحقيقه. 

نظرًا لأنه لا يمكن تحسين الإلكترونيات الدقيقة التقليدية إلا إلى حد كبير بسبب القيود المادية ، فقد لجأ الباحثون إلى الدماغ البشري ، كما يفعلون في كثير من الأحيان ، للإلهام حول كيفية معالجة المعلومات وتخزينها بشكل أكثر كفاءة. 

نجح العلماء في TU Dresden و Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) في محاكاة عمل الخلايا العصبية في الدماغ من خلال استخدام مواد أشباه الموصلات ، لأول مرة على الإطلاق.

البحث تم نشره في المجلة إلكترونيات الطبيعة. 

أنجز العمل ثلاثة مؤلفين أساسيين ، من بينهم عالمة الفيزياء في مستشفى HZDR لاريسا بارابان ، وكان تعاونًا دوليًا بين ست مؤسسات. 

اليوم الإلكترونيات الدقيقة مقابل الخلايا العصبية الاصطناعية

الأسلوب الأكثر استخدامًا اليوم لتحسين أداء الإلكترونيات الدقيقة هو تقليل حجم المكون. في حالة رقائق الكمبيوتر السيليكونية ، يحدث هذا التخفيض للترانزستورات الفردية.

وفقًا لبارابان ، "لا يمكن أن يستمر ذلك إلى أجل غير مسمى - نحن بحاجة إلى مناهج جديدة." 

شرع الباحثون في محاكاة الدماغ وإنشاء خلية عصبية اصطناعية يمكنها الجمع بين معالجة البيانات وتخزين البيانات.

تقول باربرا: "تتمتع مجموعتنا بخبرة واسعة في مجال أجهزة الاستشعار الإلكترونية البيولوجية والكيميائية". "لذلك قمنا بمحاكاة خصائص الخلايا العصبية باستخدام مبادئ المستشعرات الحيوية وتعديل ترانزستور التأثير الميداني الكلاسيكي لإنشاء ترانزستور عصبي اصطناعي."

يسمح هذا النهج بالتخزين المتزامن ومعالجة المعلومات ، كل ذلك في مكون واحد. في تقنية الترانزستور الأكثر استخدامًا اليوم ، يتم فصل هاتين العمليتين ، مما يؤدي إلى إبطاء أوقات المعالجة وقيود الأداء.

العقل البشري

كان الباحثون يعملون على بناء أجهزة كمبيوتر تعتمد على الدماغ البشري لسنوات عديدة ، لكن الكثير منها لم ينجح. تضمنت بعض المحاولات الأولى ربط الخلايا العصبية بالإلكترونيات في أطباق بيتري ، ولكن كما قال جيانوريليو كونيبرتي ، أستاذ علوم المواد وتكنولوجيا النانو في جامعة دريسدن ، "شريحة كمبيوتر رطبة يجب تغذيتها طوال الوقت لا فائدة لأي شخص ".

نجح فريق الباحثين في تنفيذ الترانزستور العصبي. 

"نحن نطبق مادة لزجة - تسمى solgel - على رقاقة سيليكون تقليدية مع دوائر. هذا البوليمر يتصلب ويصبح خزفًا مساميًا "، كما يقول كونيبرتي. "الأيونات تتحرك بين الثقوب. فهي أثقل من الإلكترونات وأبطأ في العودة إلى وضعها بعد الإثارة. هذا التأخير ، المسمى التخلفية ، هو ما يسبب تأثير التخزين. كلما زاد تحمس الترانزستور الفردي ، كلما تم فتحه بشكل أسرع وترك التيار يتدفق. هذا يقوي الاتصال. النظام يتعلم ".

وفقًا للفريق ، ستكون الشريحة أقل دقة وستقوم بتقدير الحسابات الرياضية ، مقارنة بحسابها حتى آخر رقم عشري.

يقول كونيبرتي: "لكنهم سيكونون أكثر ذكاءً". "على سبيل المثال ، قد يتعلم الإنسان الآلي المزود بمثل هذه المعالجات المشي أو الإمساك ؛ سيكون لديه نظام بصري ويتعلم التعرف على الاتصالات. وكل هذا دون الحاجة إلى تطوير أي برامج ". 

تتمثل إحدى الفوائد الرئيسية الأخرى لهذا النوع من الكمبيوتر في أن المرونة تسمح له بإجراء التغييرات والتكيف أثناء التشغيل. مثل الدماغ البشري إلى حد كبير ، هذا يعني أن الكمبيوتر يمكن أن ينتهي به الأمر إلى مواجهة وحل المشكلات التي لم تتم برمجتها على الإطلاق.