26 Mart 2024 (Nanowerk Gündemi) Bilgisayar alanında elektronik transistor uzun zamandır baskın teknoloji olmuştur. Bu küçük cihaz, 1947'deki icadından bu yana modern elektroniğin temeli haline geldi ve hayatımızın neredeyse her yönünü değiştiren dijital devrimi mümkün kıldı. Bununla birlikte, her yerde bulunmasına ve benzersiz başarısına rağmen elektronik transistörün sınırlamaları vardır. Yüksek güç tüketimi, aşırı çevresel koşullara karşı hassasiyet ve ısı, kuvvet ve basınç gibi dış uyaranlarla doğrudan etkileşimin olmaması, araştırmacıları hesaplamaya yönelik alternatif yaklaşımları keşfetmeye motive etti. Mekanik hesaplamanın devreye girdiği yer burasıdır. Elektronik hesaplamanın aksine, mekanik hesaplama, mantıksal işlemleri gerçekleştirmek için malzemelerin ve yapıların fiziksel manipülasyonuna dayanır. Bu yaklaşım, daha düşük güç tüketimi, artırılmış güvenlik ve elektronik bileşenlerin sıklıkla arızalandığı zorlu ortamlarda çalışabilme yeteneği gibi çeşitli avantajlar sunar. Dahası, mekanik bilgi işlem cihazları, çevresel girdilere doğrudan yanıt verecek ve bunları işleyecek şekilde tasarlanarak, merkezi olmayan zeka ve uyarlanabilir sistemler için yeni olasılıkların önünü açabilir. Mekanik hesaplamanın potansiyeline rağmen, mevcut tasarımların özel doğası nedeniyle bu alandaki ilerleme engellenmiştir. Çoğu araştırma, daha gelişmiş uygulamalar için gerekli modülerlik ve ölçeklenebilirlikten yoksun olan basit mantık kapılarının oluşturulmasına odaklanmıştır. Buna ek olarak, birçok mekanik bilgi işlem sistemi, giriş ve çıkış için hala manuel sıfırlamalara veya elektrik sinyallerine güveniyor ve bu da onların özerkliğini ve çevresel duyarlılığını sınırlıyor. Şimdi, Şanghay Jiao Tong Üniversitesi'nden bir araştırmacı ekibi, bu zorlukların üstesinden gelme konusunda önemli bir ilerleme kaydetti. Dergide yayınlanan yeni bir çalışmada Gelişmiş Fonksiyonel Malzemeler (“Mekanik Transistörlerle Termal Hesaplama”), sıcaklığa duyarlı bir malzeme ile değiştirilebilir bir yapıyı birleştiren yeni bir mekanik transistör sunuyorlar. Bu yenilikçi tasarım, elektriğe ihtiyaç duymadan karmaşık mantık devrelerinin ve bellek depolamanın oluşturulmasına olanak tanır.
Termal Hesaplama için Mekanik Transistör. a) Üç giriş terminali (i)-(iii) ve sıcaklık sinyallerini iletmek için bir çıkış terminali, iki durumlu bir aktüatör (iv) ve asimetrik yer değiştirmeden üretilmiş Kirigami'den ilham alan bir termomekanik sensörden (v) oluşan mekanik bir transistörün şeması polikarbonat (PC) ve invar alaşımından oluşan amplifikatör. L ve w boyutları sırasıyla 250 ve 85 mm'dir. (Resim doi:10.1002/adfm.202401244'ten Wiley-VCH Verlag'ın izniyle uyarlanmıştır) Araştırma ekibi tarafından geliştirilen mekanik transistör, üç termal giriş terminali ve bir termal çıkış terminalinin yanı sıra değiştirilebilir bir bileşen ve sıcaklığa duyarlı bir malzemeden oluşur. . Polikarbonat ve invar alaşımının birleşiminden yapılan sıcaklığa duyarlı malzeme, sıcaklık değişimlerine tepki olarak şekil değiştiriyor. Isıtıldığında uzar, soğutulduğunda ise büzülür. Bu şekil değişikliği, ikili durumları temsil etmek üzere iki kararlı konfigürasyon arasında geçiş yapabilen değiştirilebilir bileşenin durumunu kontrol etmek için kullanılır.
Araştırmacılar, bu mekanik transistörleri çeşitli konfigürasyonlarda düzenleyerek NOT, OR, AND, NOR, NAND, XOR ve XNOR dahil olmak üzere tam bir mantık kapısı paketi oluşturma yeteneğini gösteriyor. Dikkat çekici bir şekilde, tek bir mekanik transistör, termal giriş kaynaklarının yeniden yapılandırılmasıyla farklı mantık işlevlerini gerçekleştirmek üzere yeniden programlanabilir ve elektronik devrelerde görülmeyen bir düzeyde esneklik ve verimlilik sunar.
Mekanik transistörler daha karmaşık hesaplama elemanları oluşturmak için de birleştirilebilir. Araştırmacılar, birbirine bağlı iki mekanik transistörün, bilgiyi depolayabilen ve alabilen temel bir bellek birimini nasıl oluşturabildiğini gösteriyor. Ayrıca, değiştirilebilir bileşende bir şekil hafızalı polimer kullanılarak, kalıcı hafıza işlevselliğine olanak sağlarlar; bu, saklanan bilgilerin cihaz kapatıldığında bile saklandığı anlamına gelir. Mantık ve belleğin aynı cihazda bütünleştirilmesi, geleneksel bilgi işlem mimarilerinin sınırlamalarının üstesinden gelmeyi vaat eden bir paradigma olan bellek içi bilişimin önünü açıyor.
Mekanik transistörlerin potansiyelini göstermek için araştırmacılar, bilgisayar sistemlerinin önemli bir bileşeni olan bir aritmetik mantık birimi inşa ediyorlar. Dikkat çekici bir şekilde, tasarımları, tipik olarak 38 elektronik transistör gerektiren aynı aritmetik işlemi gerçekleştirmek için yalnızca yedi mekanik transistör gerektiriyor. Bileşen sayısındaki bu ciddi azalma, mekanik hesaplama yaklaşımının verimliliğini ve ölçeklenebilirliğini vurguluyor.
Saf hesaplamanın ötesinde, araştırmacılar aynı zamanda mekanik transistörlerinin çevreye uyumlu sistemleri nasıl mümkün kılabileceğini de gösteriyorlar. İki mekanik transistörü sırayla düzenleyerek, güneş panellerinin dağıtımını kontrol etmek için ortam sıcaklığı değişikliklerine yanıt verebilen bir cihaz yaratıyorlar. Bu uygulama, elektronik bileşenlerin aşırı sıcaklık dalgalanmaları ve radyasyona maruz kalma nedeniyle uygun olmayabileceği havacılık gibi çevrelerle etkileşime girebilen ve çevrelerine uyum sağlayabilen otonom sistemleri kolaylaştırma konusunda mekanik hesaplamanın potansiyelini göstermektedir.
Bu mekanik transistörün geliştirilmesi, mekanik hesaplama alanında önemli bir kilometre taşını temsil etse de, zorluklar devam etmektedir. Isı dağıtımı ve iletim kayıpları, bu cihazların ölçeklenebilirliği ve pratik uygulaması açısından kritik öneme sahiptir. Gelecekteki araştırmaların, mekanik hesaplamanın potansiyelini tam olarak gerçekleştirmek için bu konuları ele alması gerekecektir.
Bununla birlikte, bu araştırma ekibi tarafından geliştirilen mekanik transistör, hesaplama ile fiziksel dünya arasındaki sınırların giderek bulanıklaştığı bir geleceğe dair bir bakış sunuyor. Malzemelerin ve yapıların doğal özelliklerinden yararlanan mekanik bilgi işlem, yeni bir uyarlanabilir, verimli ve çevreye duyarlı sistemler dalgasını başlatma potansiyeline sahiptir.
Termal Hesaplama için Mekanik Transistör. a) Üç giriş terminali (i)-(iii) ve sıcaklık sinyallerini iletmek için bir çıkış terminali, iki durumlu bir aktüatör (iv) ve asimetrik yer değiştirmeden üretilmiş Kirigami'den ilham alan bir termomekanik sensörden (v) oluşan mekanik bir transistörün şeması polikarbonat (PC) ve invar alaşımından oluşan amplifikatör. L ve w boyutları sırasıyla 250 ve 85 mm'dir. (Resim doi:10.1002/adfm.202401244'ten Wiley-VCH Verlag'ın izniyle uyarlanmıştır) Araştırma ekibi tarafından geliştirilen mekanik transistör, üç termal giriş terminali ve bir termal çıkış terminalinin yanı sıra değiştirilebilir bir bileşen ve sıcaklığa duyarlı bir malzemeden oluşur. . Polikarbonat ve invar alaşımının birleşiminden yapılan sıcaklığa duyarlı malzeme, sıcaklık değişimlerine tepki olarak şekil değiştiriyor. Isıtıldığında uzar, soğutulduğunda ise büzülür. Bu şekil değişikliği, ikili durumları temsil etmek üzere iki kararlı konfigürasyon arasında geçiş yapabilen değiştirilebilir bileşenin durumunu kontrol etmek için kullanılır.
Araştırmacılar, bu mekanik transistörleri çeşitli konfigürasyonlarda düzenleyerek NOT, OR, AND, NOR, NAND, XOR ve XNOR dahil olmak üzere tam bir mantık kapısı paketi oluşturma yeteneğini gösteriyor. Dikkat çekici bir şekilde, tek bir mekanik transistör, termal giriş kaynaklarının yeniden yapılandırılmasıyla farklı mantık işlevlerini gerçekleştirmek üzere yeniden programlanabilir ve elektronik devrelerde görülmeyen bir düzeyde esneklik ve verimlilik sunar.
Mekanik transistörler daha karmaşık hesaplama elemanları oluşturmak için de birleştirilebilir. Araştırmacılar, birbirine bağlı iki mekanik transistörün, bilgiyi depolayabilen ve alabilen temel bir bellek birimini nasıl oluşturabildiğini gösteriyor. Ayrıca, değiştirilebilir bileşende bir şekil hafızalı polimer kullanılarak, kalıcı hafıza işlevselliğine olanak sağlarlar; bu, saklanan bilgilerin cihaz kapatıldığında bile saklandığı anlamına gelir. Mantık ve belleğin aynı cihazda bütünleştirilmesi, geleneksel bilgi işlem mimarilerinin sınırlamalarının üstesinden gelmeyi vaat eden bir paradigma olan bellek içi bilişimin önünü açıyor.
Mekanik transistörlerin potansiyelini göstermek için araştırmacılar, bilgisayar sistemlerinin önemli bir bileşeni olan bir aritmetik mantık birimi inşa ediyorlar. Dikkat çekici bir şekilde, tasarımları, tipik olarak 38 elektronik transistör gerektiren aynı aritmetik işlemi gerçekleştirmek için yalnızca yedi mekanik transistör gerektiriyor. Bileşen sayısındaki bu ciddi azalma, mekanik hesaplama yaklaşımının verimliliğini ve ölçeklenebilirliğini vurguluyor.
Saf hesaplamanın ötesinde, araştırmacılar aynı zamanda mekanik transistörlerinin çevreye uyumlu sistemleri nasıl mümkün kılabileceğini de gösteriyorlar. İki mekanik transistörü sırayla düzenleyerek, güneş panellerinin dağıtımını kontrol etmek için ortam sıcaklığı değişikliklerine yanıt verebilen bir cihaz yaratıyorlar. Bu uygulama, elektronik bileşenlerin aşırı sıcaklık dalgalanmaları ve radyasyona maruz kalma nedeniyle uygun olmayabileceği havacılık gibi çevrelerle etkileşime girebilen ve çevrelerine uyum sağlayabilen otonom sistemleri kolaylaştırma konusunda mekanik hesaplamanın potansiyelini göstermektedir.
Bu mekanik transistörün geliştirilmesi, mekanik hesaplama alanında önemli bir kilometre taşını temsil etse de, zorluklar devam etmektedir. Isı dağıtımı ve iletim kayıpları, bu cihazların ölçeklenebilirliği ve pratik uygulaması açısından kritik öneme sahiptir. Gelecekteki araştırmaların, mekanik hesaplamanın potansiyelini tam olarak gerçekleştirmek için bu konuları ele alması gerekecektir.
Bununla birlikte, bu araştırma ekibi tarafından geliştirilen mekanik transistör, hesaplama ile fiziksel dünya arasındaki sınırların giderek bulanıklaştığı bir geleceğe dair bir bakış sunuyor. Malzemelerin ve yapıların doğal özelliklerinden yararlanan mekanik bilgi işlem, yeni bir uyarlanabilir, verimli ve çevreye duyarlı sistemler dalgasını başlatma potansiyeline sahiptir.
– Michael, Royal Society of Chemistry tarafından yazılan üç kitabın yazarıdır:
Nano-Toplum: Teknolojinin Sınırlarını Zorlamak,
Nanoteknoloji: Gelecek Küçük, ve
Nano-mühendislik: Teknolojiyi Görünmez Yapan Beceri ve Araçlar
Telif Hakkı ©
Nanowerk LLC
Spotlight konuk yazarı olun! Geniş ve büyüyen grubumuza katılın konuk katkıda bulunanlar. Nanoteknoloji topluluğuyla paylaşmak için bilimsel bir makale yayınladınız mı veya başka heyecan verici gelişmeleriniz mi var? Nanowerk.com'da nasıl yayınlayacağınız burada.
- SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
- PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
- PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
- PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
- PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
- Kaynak: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64923.php
