Biyoloji, Bilgisayarı Dönüştürebilecek Yeni Bir Su Bazlı Devreye İlham Verdi

Fizikçilerden oluşan bir ekip başarılı bir iyonik bir devre geliştirdi- katı bir yarı iletkendeki elektronlar yerine sulu bir çözeltideki yüklü atomların ve moleküllerin hareketlerine dayanan bir işlemci.

Bu, beynin bilgiyi taşıma şekline daha yakın olduğu için, cihazlarının beyin benzeri karmaşık bilgi hesaplamada bir sonraki adım olabileceğini söylüyorlar.

Harvard John A. Paulson Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Okulu'ndan (SEAS) fizikçi Woo-Bin Jung tarafından yönetilen ekip, yeni makalede, "Sulu çözeltilerdeki iyonik devreler, sinyal işleme için yük taşıyıcıları olarak iyonları kullanmaya çalışır" diyor.

"Burada, sulu bir iyonik devre rapor ediyoruz. Analog hesaplama yapabilen fonksiyonel iyonik devrenin bu gösterimi, daha karmaşık sulu iyoniklere doğru bir adımdır."

Beyindeki sinyal iletiminin büyük bir kısmı, iyon adı verilen yüklü moleküllerin sıvı bir ortam içinde hareketidir. Beynin inanılmaz işlem gücünü taklit etmek son derece zor olsa da, bilim insanları hesaplama için benzer bir sistemin kullanılabileceğini düşündüler.

Bu, geleneksel silikon tabanlı bilgi işlemden daha yavaş olacaktır ancak bazı ilginç avantajları olabilir.

Örneğin iyonlar, her biri farklı şekillerde kullanılabilen farklı özelliklere sahip çok çeşitli moleküllerden oluşturulabilir.

Ama önce, bilim insanlarının işe yarayabileceğini göstermeleri gerekiyor.

Jung ve meslektaşlarının üzerinde çalıştığı şey bu. İlk adım, bir sinyali değiştiren veya artıran bir cihaz olan işlevsel bir iyonik transistör tasarlamaktı. En son gelişmeleri, iyonik bir devre olarak birlikte çalışmak için bu transistörlerin yüzlercesini birleştirmeyi içeriyordu.

Transistör, merkezinde küçük bir disk şeklinde elektrot ve çevresinde iki eşmerkezli halka elektrot bulunan bir "boğa gözü" elektrot düzenlemesinden oluşur. Bu, sulu bir kinon molekülü çözeltisi ile arayüz oluşturur.

Merkezi diske uygulanan bir voltaj, kinon çözeltisinde bir hidrojen iyonu akımı üretir. Bu arada, iki halka elektrot, iyonik akımı artırarak veya azaltarak geçit için çözeltinin pH'ını modüle eder.

Fotoğraf: Yüzlerce transistörden (sağda) oluşan merkezde (ortada) bir dizi bulunan çip (solda). (Woo-Bin Jung/Harvard SEAS)

Bu transistör, halka çifti tarafından disk gerilimi ile ayarlanan bir "ağırlık" parametresinin fiziksel bir çarpımını gerçekleştirir ve iyonik akım olarak bir cevap üretir.

Bununla birlikte, sinir ağları, çoklu çarpmaları içeren matris çarpımı adı verilen matematiksel bir işleme büyük ölçüde güvenir.

Böylece ekip, matris çarpımını gerçekleştirebilen bir iyonik devre üretmek için her biri aritmetik çarpma yapabilen transistörlerinin 16'ya 16 dizisini tasarladı.

Tabii ki, teknolojinin önemli sınırlamaları var. 16 akım ayrı ayrı çözülemez, bu da işlemin aynı anda yerine sırayla gerçekleştirilmesi gerektiği anlamına gelir, bu da zaten nispeten yavaş olan bir teknolojiyi önemli ölçüde yavaşlattı.

Bununla birlikte, bunun başarısı daha karmaşık iyonik hesaplamaya doğru bir adımdır: yalnızca sorunu görerek çözümler bulabiliriz.

Bir sonraki adım, devrenin daha karmaşık bilgileri işlemesine izin verip vermediğini görmek için sisteme daha geniş bir molekül yelpazesi eklemek olacaktır.

Ekip, nihai hedefin elektroniklerle rekabet etmek veya iyoniklerle değiştirmek değil, belki de her ikisinin de yetenekleriyle hibrit teknoloji biçiminde tamamlamak olduğunu belirtiyor.

Araştırma Advanced Materials' da yayınlandı.