मार्च 26, 2024 (नानोवरक स्पॉटलाइट) कंप्यूटिंग के क्षेत्र में, इलेक्ट्रॉनिक ट्रांजिस्टर लंबे समय से प्रमुख प्रौद्योगिकी रही है। 1947 में अपने आविष्कार के बाद से, यह छोटा उपकरण आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स की नींव बन गया है, जिसने डिजिटल क्रांति को सक्षम किया है जिसने हमारे जीवन के लगभग हर पहलू को बदल दिया है। हालाँकि, इसकी सर्वव्यापकता और अद्वितीय सफलता के बावजूद, इलेक्ट्रॉनिक ट्रांजिस्टर की अपनी सीमाएँ हैं। उच्च बिजली की खपत, अत्यधिक पर्यावरणीय परिस्थितियों के प्रति संवेदनशीलता, और गर्मी, बल और दबाव जैसी बाहरी उत्तेजनाओं के साथ सीधे संपर्क की कमी ने शोधकर्ताओं को गणना के लिए वैकल्पिक दृष्टिकोण तलाशने के लिए प्रेरित किया है। यहीं पर मैकेनिकल कंप्यूटिंग आती है। इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटिंग के विपरीत, मैकेनिकल कंप्यूटिंग तार्किक संचालन करने के लिए सामग्रियों और संरचनाओं के भौतिक हेरफेर पर निर्भर करती है। यह दृष्टिकोण कई लाभ प्रदान करता है, जिसमें कम बिजली की खपत, बढ़ी हुई सुरक्षा और कठोर वातावरण में काम करने की क्षमता शामिल है जहां इलेक्ट्रॉनिक घटक अक्सर विफल होते हैं। इसके अलावा, मैकेनिकल कंप्यूटिंग उपकरणों को पर्यावरणीय इनपुट पर सीधे प्रतिक्रिया देने और संसाधित करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है, जिससे विकेंद्रीकृत बुद्धिमत्ता और अनुकूली प्रणालियों के लिए नई संभावनाएं खुलती हैं। मैकेनिकल कंप्यूटिंग की क्षमता के बावजूद, मौजूदा डिजाइनों की तदर्थ प्रकृति के कारण क्षेत्र में प्रगति बाधित हुई है। अधिकांश शोधों ने सरल लॉजिक गेट्स के निर्माण पर ध्यान केंद्रित किया है, जिनमें अधिक उन्नत अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक मॉड्यूलरिटी और स्केलेबिलिटी का अभाव है। इसके अतिरिक्त, कई मैकेनिकल कंप्यूटिंग सिस्टम अभी भी इनपुट और आउटपुट के लिए मैन्युअल रीसेट या इलेक्ट्रिकल सिग्नल पर निर्भर हैं, जिससे उनकी स्वायत्तता और पर्यावरणीय प्रतिक्रिया सीमित हो जाती है। अब, शंघाई जिओ टोंग विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं की एक टीम ने इन चुनौतियों से निपटने में महत्वपूर्ण प्रगति की है। जर्नल में प्रकाशित एक हालिया अध्ययन में उन्नत कार्यात्मक सामग्री ("मैकेनिकल ट्रांजिस्टर के साथ थर्मल कंप्यूटिंग"), वे एक नवीन यांत्रिक ट्रांजिस्टर पेश करते हैं जो एक तापमान-उत्तरदायी सामग्री और एक स्विचेबल संरचना को जोड़ता है। यह अभिनव डिज़ाइन बिजली की आवश्यकता के बिना, जटिल लॉजिक सर्किट और मेमोरी स्टोरेज के निर्माण को सक्षम बनाता है। थर्मल कंप्यूटिंग के लिए एक यांत्रिक ट्रांजिस्टर। ए) एक यांत्रिक ट्रांजिस्टर का योजनाबद्ध जिसमें तीन इनपुट टर्मिनल (i) - (iii) और तापमान संकेतों को संप्रेषित करने के लिए एक आउटपुट टर्मिनल, एक बिस्टेबल एक्चुएटर (iv), और एक किरिगामी-प्रेरित थर्मोमैकेनिकल सेंसर (v) एक असममित विस्थापन से निर्मित होता है। एम्पलीफायर पॉलीकार्बोनेट (पीसी) और इन्वार मिश्र धातु से बना है। एल और डब्ल्यू के आयाम क्रमशः 250 और 85 मिमी हैं। (छवि doi:10.1002/adfm.202401244 से विली-वीसीएच वेरलाग की अनुमति से अनुकूलित) अनुसंधान टीम द्वारा विकसित मैकेनिकल ट्रांजिस्टर में तीन थर्मल इनपुट टर्मिनल और एक थर्मल आउटपुट टर्मिनल के साथ-साथ एक स्विचेबल घटक और एक तापमान-प्रतिक्रियाशील सामग्री शामिल है। . पॉलीकार्बोनेट और इन्वार मिश्र धातु के संयोजन से बनी तापमान-अनुक्रियाशील सामग्री, तापमान भिन्नता के जवाब में आकार बदलती है। गर्म करने पर यह लंबा हो जाता है और ठंडा होने पर सिकुड़ जाता है। इस आकार परिवर्तन का उपयोग स्विच करने योग्य घटक की स्थिति को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है, जो बाइनरी राज्यों का प्रतिनिधित्व करने के लिए दो स्थिर कॉन्फ़िगरेशन के बीच स्नैप कर सकता है। इन यांत्रिक ट्रांजिस्टरों को विभिन्न विन्यासों में व्यवस्थित करके, शोधकर्ता NOT, OR, AND, NOR, NAND, XOR, और XNOR सहित लॉजिक गेट्स का एक पूरा सूट बनाने की क्षमता प्रदर्शित करते हैं। उल्लेखनीय रूप से, एक एकल यांत्रिक ट्रांजिस्टर को केवल थर्मल इनपुट स्रोतों को पुन: कॉन्फ़िगर करके विभिन्न तर्क कार्यों को करने के लिए पुन: प्रोग्राम किया जा सकता है, जो इलेक्ट्रॉनिक सर्किट में नहीं देखे जाने वाले लचीलेपन और दक्षता के स्तर की पेशकश करता है। अधिक जटिल कंप्यूटिंग तत्व बनाने के लिए यांत्रिक ट्रांजिस्टर को भी जोड़ा जा सकता है। शोधकर्ता दिखाते हैं कि कैसे दो परस्पर जुड़े यांत्रिक ट्रांजिस्टर एक बुनियादी मेमोरी इकाई बना सकते हैं, जो जानकारी संग्रहीत करने और पुनर्प्राप्त करने में सक्षम है। इसके अलावा, स्विच करने योग्य घटक में एक आकार-मेमोरी पॉलिमर का उपयोग करके, वे गैर-वाष्पशील मेमोरी कार्यक्षमता को सक्षम करते हैं, जिसका अर्थ है कि डिवाइस बंद होने पर भी संग्रहीत जानकारी बरकरार रहती है। एक ही डिवाइस के भीतर तर्क और मेमोरी का यह एकीकरण इन-मेमोरी कंप्यूटिंग का मार्ग प्रशस्त करता है, एक ऐसा प्रतिमान जो पारंपरिक कंप्यूटिंग आर्किटेक्चर की सीमाओं को दूर करने का वादा करता है। अपने यांत्रिक ट्रांजिस्टर की क्षमता को प्रदर्शित करने के लिए, शोधकर्ता एक अंकगणितीय तर्क इकाई का निर्माण करते हैं, जो कंप्यूटिंग सिस्टम का एक प्रमुख घटक है। उल्लेखनीय रूप से, उनके डिज़ाइन को समान अंकगणितीय ऑपरेशन करने के लिए केवल सात यांत्रिक ट्रांजिस्टर की आवश्यकता होती है जिसके लिए आमतौर पर 38 इलेक्ट्रॉनिक ट्रांजिस्टर की आवश्यकता होती है। घटकों की संख्या में यह भारी कमी यांत्रिक कंप्यूटिंग दृष्टिकोण की दक्षता और मापनीयता पर प्रकाश डालती है। शुद्ध गणना से परे, शोधकर्ता यह भी प्रदर्शित करते हैं कि उनके यांत्रिक ट्रांजिस्टर पर्यावरण के अनुकूल प्रणालियों को कैसे सक्षम कर सकते हैं। दो यांत्रिक ट्रांजिस्टर को एक क्रम में व्यवस्थित करके, वे एक उपकरण बनाते हैं जो सौर पैनलों की तैनाती को नियंत्रित करने के लिए परिवेश के तापमान परिवर्तन पर प्रतिक्रिया करने में सक्षम है। यह एप्लिकेशन स्वायत्त प्रणालियों को सुविधाजनक बनाने के लिए यांत्रिक कंप्यूटिंग की क्षमता को दर्शाता है जो अपने परिवेश के साथ बातचीत कर सकते हैं और अनुकूलित कर सकते हैं, जैसे कि एयरोस्पेस में, जहां अत्यधिक तापमान में उतार-चढ़ाव और विकिरण जोखिम के कारण इलेक्ट्रॉनिक घटक उपयुक्त नहीं हो सकते हैं। हालाँकि इस यांत्रिक ट्रांजिस्टर का विकास यांत्रिक कंप्यूटिंग के क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण मील का पत्थर दर्शाता है, चुनौतियाँ अभी भी बनी हुई हैं। गर्मी अपव्यय और चालन हानि इन उपकरणों की स्केलेबिलिटी और व्यावहारिक अनुप्रयोग के लिए महत्वपूर्ण विचार हैं। मैकेनिकल कंप्यूटिंग की क्षमता को पूरी तरह से समझने के लिए भविष्य के अनुसंधान को इन मुद्दों को संबोधित करने की आवश्यकता होगी। फिर भी, इस शोध टीम द्वारा विकसित यांत्रिक ट्रांजिस्टर भविष्य की एक झलक पेश करता है जहां गणना और भौतिक दुनिया के बीच की सीमाएं तेजी से धुंधली होती जा रही हैं। सामग्रियों और संरचनाओं के अंतर्निहित गुणों का उपयोग करके, मैकेनिकल कंप्यूटिंग में अनुकूली, कुशल और पर्यावरण की दृष्टि से उत्तरदायी प्रणालियों की एक नई लहर लाने की क्षमता है।

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माइकल
चरवाहा

- माइकल रॉयल सोसाइटी ऑफ केमिस्ट्री द्वारा तीन पुस्तकों के लेखक हैं:
नैनो-सोसाइटी: प्रौद्योगिकी की सीमाओं को धक्का देना,
नैनो टेक्नोलॉजी: द फ्यूचर इज टिनी, तथा
नैनोइंजीनियरिंग: स्किल्स एंड टूल्स मेकिंग टेक्नोलॉजी इनविजिबल
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