(Nanowerk Haberleri) Yeni mikroelektronik cihaz, bilgisayar donanımını elektrik darbeleri yoluyla isteğe bağlı olarak programlayabilir ve yeniden programlayabilir. Ya bilgisayarlar yeni bilgilerle sunulduğunda devrelerini yeniden yapılandırmayı öğrenebilseydi? Aralarında ABD Enerji Bakanlığı'nın (DOE) Argonne Ulusal Laboratuvarı'nın da bulunduğu çok kurumlu bir ekip, bilgisayar çiplerinin tam da bunu yapacak şekilde tasarlanabileceği bir malzeme geliştirdi. Bunu, insan beynindeki işlevleri “nöromorfik” devreler ve bilgisayar mimarisiyle taklit ederek yapıyor.Bilim, “Yapay zeka için yeniden yapılandırılabilir perovskite nikelat elektronikler”). Ekip, Purdue Üniversitesi'nde profesör olan Shriram Ramanathan tarafından yönetildi. Nikelattaki hidrojen iyonları, farklı voltajlarda (üstte platin ve altın elektrotlar tarafından uygulanır) dört fonksiyondan birini sağlar. Fonksiyonlar yapay sinaps, yapay nöron, kapasitör ve dirençtir. Kapasitör akımı depolar ve serbest bırakır; direnç bunu engeller. (Resim: Argonne Ulusal Laboratuvarı) Argonne ve Chicago Illinois Üniversitesi'nden ortak bir makale yazarı olan Subramanian Sankaranarayanan, "İnsan beyni aslında yeni şeyler öğrenmenin bir sonucu olarak değişebilir" dedi. "Artık makinelerin devrelerini beyin benzeri bir şekilde yeniden yapılandırmaları için bir cihaz yarattık." Bu yeteneğiyle, yapay zekatabanlı bilgisayarlar, karmaşık görevleri çok daha az enerji harcayarak daha hızlı ve daha doğru bir şekilde gerçekleştirebilir. Bir örnek, karmaşık tıbbi görüntülerin yorumlanmasıdır. Daha fütürist bir örnek, uzaydaki devrelerini deneyime dayalı olarak yeniden programlayabilen otonom araçlar ve robotlar olabilir. Yeni cihazdaki ana malzeme neodim, nikel ve oksijenden oluşuyor ve perovskit nikelat (NdNiO) olarak adlandırılıyor.3). Ekip, bu malzemeye hidrojen aşıladı ve ona, farklı voltajlarda elektrik darbelerinin uygulanmasına izin veren elektrotlar ekledi. Sankaranarayanan, "Nikelatta ne kadar hidrojen olduğu ve nerede olduğu elektronik özellikleri değiştiriyor" dedi. "Ve farklı elektrik darbeleriyle konumunu ve konsantrasyonunu değiştirebiliriz." Makalenin ortak yazarı ve Argonne fizikçisi Hua Zhou, "Bu materyalin çok katmanlı bir kişiliği var" diye ekledi. “Gündelik elektroniklerin iki olağan işlevine sahip: elektrik akımını açmak ve engellemek, ayrıca elektriği depolamak ve serbest bırakmak. Gerçekten yeni ve çarpıcı olan şey, beyindeki sinapsların ve nöronların ayrı davranışlarına benzer iki fonksiyonun eklenmesidir." Bir nöron, sinapslar yoluyla diğer sinir hücrelerine bağlanan tek bir sinir hücresidir. Nöronlar dış dünyanın algılanmasını başlatır. Katkılarından dolayı Argonne ekibi, nikelat cihazında farklı voltajlar altında olup bitenlerin hesaplamalı ve deneysel karakterizasyonunu gerçekleştirdi. Bu amaçla Argonne'daki DOE Bilim Ofisi kullanıcı tesislerine güvendiler: Gelişmiş Foton Kaynağı, Argonne Liderlik Bilgi İşlem Tesisi ve Nano Ölçekli Malzemeler Merkezi. Deneysel sonuçlar, voltajın basitçe değiştirilmesinin nikelat içindeki hidrojen iyonlarının hareketini kontrol ettiğini gösterdi. Belirli bir voltaj, hidrojeni nikelat merkezinde yoğunlaştırarak nöron benzeri davranışlara neden olur. Farklı bir voltaj, hidrojeni merkezden dışarı taşıyarak sinaps benzeri davranışa neden olur. Hala farklı voltajlarda, hidrojenin ortaya çıkan konumları ve konsantrasyonu, bilgisayar çiplerinin açma-kapama akımlarını ortaya çıkarır. Argonnelu bilim adamı Sukriti Manna, "Bu mekanizmayı atom ölçeğinde ortaya çıkaran hesaplamalarımız son derece yoğundu" dedi. Ekip, yalnızca Argonne Liderlik Bilgi İşlem Tesisi'nin değil, aynı zamanda Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'ndaki bir DOE Bilim Ofisi kullanıcı tesisi olan Ulusal Enerji Araştırma Bilimsel Bilgi İşlem Merkezi'nin hesaplamalı beygir gücüne de güveniyordu. Mekanizmanın doğrulanması kısmen Gelişmiş Foton Kaynağının 33-ID-D ışın hattındaki deneylerden geldi. Zhou, "Yıllar geçtikçe Purdue grubuyla çok verimli bir ortaklığımız oldu" dedi. "Burada ekip, atomların nikelat içinde farklı voltajlar altında nasıl düzenlendiğini tam olarak belirledi. Özellikle önemli olan, malzemenin hidrojenin hareketine atomik ölçekte verdiği tepkiyi izlemekti." Ekibin nikelat cihazıyla bilim insanları, deneyimlerden öğrenip değiştirebilecek yapay nöronlar ve sinapslardan oluşan bir ağ oluşturmak için çalışacak. Bu ağ, kendisine yeni bilgiler sunuldukça büyüyecek veya küçülecek ve bu nedenle aşırı enerji verimliliğiyle çalışabilecektir. Ve bu enerji verimliliği daha düşük işletme maliyeti anlamına gelir. Ekibin cihazının yapı taşı olarak kullanıldığı, beyinden ilham alan mikroelektroniğin parlak bir geleceği olabilir.