زیست‌شناسی الهام‌بخش نوع جدیدی از مدار مبتنی بر آب است که می‌تواند محاسبات را متحول کند
تیمی از فیزیکدانان با موفقیت یک مدار یونی را توسعه داده‌اند – پردازنده‌ای که بر اساس حرکت اتم‌ها و مولکول های باردار در یک محلول آبی، به جای الکترون‌ها در یک نیمه هادی جامد است.
آنها می‌گویند از آنجایی که این به روشی که مغز اطلاعات را منتقل می‌کند نزدیک‌تر است، دستگاه آنها می‌تواند گام بعدی رو به جلو در محاسبات مغزی باشد.
مدارهای یونی در محلول‌های آبی به دنبال استفاده از یون‌ها به عنوان حامل‌های بار برای پردازش سیگنال هستند.
بخش عمده ای از انتقال سیگنال در مغز، شامل حرکت مولکول‌های باردار به نام یون‌ها از طریق یک محیط مایع است. اگرچه مشابه‌سازی قدرت پردازش باورنکردنی مغز بسیار چالش‌برانگیز است، دانشمندان تصور می‌کنند که سیستم مشابهی ممکن است برای محاسبات به کار رود: انتقال یون‌ها از طریق محلول آبی. این می‌تواند کندتر از محاسبات معمولی مبتنی بر سیلیکون باشد، اما ممکن است مزایای جالبی داشته باشد.
برای مثال، یون‌ها را می‌توان از طیف وسیعی از مولکول‌ها ایجاد کرد، که هر کدام دارای خواص متفاوتی هستند که می‌توانند به روش‌های مختلف استفاده شوند.
این همان چیزی است که یونگ و همکارانش روی آن کار کرده اند. اولین قدم طراحی یک ترانزیستور یونی کاربردی بود، دستگاهی که سیگنال را سوئیچ یا تقویت می‌کند. آخرین پیشرفت آنها شامل ترکیب صدها ترانزیستوربه عنوان یک مدار یونی بود.
ترانزیستور متشکل از یک آرایش “bullseye” از الکترودها، با یک الکترود کوچک به شکل دیسک در مرکز و دو الکترود حلقه متحدالمرکز در اطراف آن است.
ولتاژ اعمال شده به دیسک مرکزی جریانی از یون هیدروژن را در محلول کینون تولید می‌کند. سپس دو الکترود حلقه، pH محلول را به سمت دروازه تعدیل می‌کنند و جریان یونی را افزایش یا کاهش می‌دهند.
تراشه (سمت چپ)، با آرایه ای در مرکز (وسط) متشکل از صدها ترانزیستور (راست)
شبکه های عصبی به شدت بر یک عملیات ریاضی به نام ضرب ماتریس متکی هستند که شامل ضرب های متعدد است.
بنابراین، تیم آرایه‌های 16 در 16 از ترانزیستورهای خود را طراحی کردند که هر کدام قادر به ضرب حسابی هستند تا یک مدار یونی تولید کنند که بتواند ضرب ماتریس را انجام دهد.
یونگ می گوید: « ضریب ماتریس رایج‌ترین محاسبه در شبکه های عصبی برای هوش مصنوعی است . مدار یونی ما ضرب ماتریس را در آب به روش آنالوگ انجام می دهد که کاملاً بر اساس ماشین آلات الکتروشیمیایی است.
البته محدودیت های قابل توجهی برای این فناوری وجود دارد. 16 جریان را نمی توان به طور جداگانه برقرار کرد، به این معنی که عملیات باید به صورت متوالی انجام شود نه همزمان، که به طور قابل توجهی سرعت یک فناوری نسبتاً کند را کاهش داد.
با این حال، موفقیت آن گامی به سوی محاسبات یونی پیچیده‌تر است. گام بعدی استفاده از طیف وسیع‌تری از مولکول‌ها در سیستم خواهد بود تا ببینیم آیا این امکان را به مدار می‌دهد تا اطلاعات پیچیده‌تری را پردازش کند یا خیر.
این تحقیق در Advanced Materials منتشر شده.
اطلاعیه CCPA
