باحثون يقلدون عصبونات الدماغ باستخدام مواد شبه موصلة

تعد شريحة الكمبيوتر واحدة من أهم جوانب الذكاء الاصطناعي (AI). هذه القطع الصغيرة القوية أساسية لتعرف الصور التلقائي وتساهم جزئيًا في تعليم الروبوتات كيفية أداء أنشطة معينة مثل المشي. مع زيادة إمكانيات تكنولوجيا الذكاء الاصطناعي ، يتطلب شريحة الكمبيوتر اليوم أن تكون قوية واقتصادية ، ولكن هذا هو شيء صعب التحقيق.

منذ أن يمكن تحسين الإلكترونيات الدقيقة التقليدية فقط إلى حد معين بسبب القيود الفيزيائية ، لجأ الباحثون إلى الدماغ البشري ، كما يفعلون غالبًا ، للاستلهام حول كيفية معالجة وتخزين المعلومات بشكل أكثر كفاءة.

نجح علماء من جامعة TU Dresden ومركز Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) في تقليд عمل عصبونات الدماغ باستخدام مواد شبه موصلة ، لأول مرة على الإطلاق.

البحث تم نشره في مجلة Nature Electronics.

تم إجراء العمل بواسطة ثلاثة مؤلفين رئيسيين ، بما في ذلك فيزيائي HZDR لاريسا بارابان ، وكان هذا التعاون الدولي بين ست مؤسسات.

الإلكترونيات الدقيقة الحالية مقابل العصبون الاصطناعي

التقنية الأكثر استخدامًا اليوم لتحسين أداء الإلكترونيات الدقيقة هي عن طريق تقليل حجم المكونات. في حالة شريحة الكمبيوتر المصنوعة من السيليكون ، يحدث هذا التقليل في caso للترانزستورات الفردية.

وفقًا لبارابان ، “لا يمكن أن يستمر هذا الأمر إلى الأبد — نحن بحاجة إلى نهج جديد”.

سعى الباحثون إلى تقليд الدماغ وإنشاء عصبون اصطناعي يمكنه دمج معالجة البيانات وتخزينها.

“تملك مجموعتنا خبرة واسعة في مجال الحساسات الإلكترونية البيولوجية والكيميائية” ، يقول بارابان. “لذلك قمنا بمحاكاة خصائص العصبونات باستخدام مبادئ الحساسات البيولوجية وعدلنا الترانزستور الكلاسيكي لتحقيق تأثير حقل لإنشاء عصبون اصطناعي”.

يسمح هذا النهج بوجود تخزين ومعالجة المعلومات في نفس الوقت ، كل ذلك داخل مكون واحد. في تكنولوجيا الترانزستور الأكثر استخدامًا اليوم ، يتم فصل هذه العمليتين ، مما يؤدي إلى أوقات معالجة أبطأ وقيود أداء.

الدماغ البشري

لقد عمل الباحثون على بناء الحواسيب على أساس الدماغ البشري لسنوات عديدة ، ولكن معظمها باء بالفشل. كان بعض المحاولات الأولى تتضمن ربط الخلايا العصبية بالإلكترونيات في أطباق بتري ، ولكن كما يقول جيانوريليو كونيبيرتي ، أستاذ علوم المواد والتكنولوجيا النانوية في جامعة TU Dresden ، “شريحة كمبيوتر رطبة يجب إطعامها دائمًا لا فائدة منها لأي شخص”.

نجح فريق الباحثين في تنفيذ العصبون الاصطناعي.

“نقوم بتطبيق مادة لزجة – تسمى جيلاتين – على شريحة سيليكون تقليدية تحتوي على دوائر. يتصلب هذا البوليمر ويتحول إلى سيراميك مسامي” ، يقول كونيبيرتي. “يتحرك الأيونات بين الفراغات. هي أثقل من الإلكترونات وأبطأ في العودة إلى موقعها بعد الت kíchاف. هذا التأخير ، يسمى التأخير ، هو ما يسبب تأثير التخزين. كلما تم إثارة الترانزستور بشكل أكبر ، كلما أصبح أكثر انفتاحًا وسيسمح للتيار بالتدفق. هذا يعزز الاتصال. النظام يتعلم”.

وفقًا للفريق ، فإن الشريحة سوف تكون أقل دقة وسوف تقدر الحسابات الرياضية ، مقارنةً بحسابها حتى العشرة الأخيرة.

“لكنها ستكون أكثر ذكاء” ، يقول كونيبيرتي. “على سبيل المثال ، سوف يتعلم الروبوت الذي يحتوي على هذه المعالجات المشي أو الإمساك ؛ سوف يمتلك نظامًا بصريًا ويتعلم التعرف على الاتصالات. وكل هذا دون الحاجة إلى تطوير أي برنامج”.

من بين الفوائد الأخرى الكبيرة لهذا النوع من الكمبيوتر هو أن المرونة تسمح له بالتغيير والتكيف أثناء التشغيل. مثل الدماغ البشري ، هذا يعني أن الكمبيوتر يمكن أن يجد حلولا لمشاكل لم يتم برمجته لمواجهتها في البداية.