A méz lehet a megoldás a félvezetők globális hiányára? A használatával esetleg még az elektronikai hulladékot is töredékére csökkenthetjük? De hogyan?
HIRDETÉSAz elmúlt években egyre több kutató és informatikai cég véli úgy, hogy a számítástechnika jövője a neuromorfikus rendszerekre alapul, miután ezek sokkal gyorsabbak és energiatakarékosabbak, mint a jelenleg használt megoldások. A washingtoni egyetem kutatói még egy lépéssel tovább mentek: olyan, mézből készült chipeket kísérleteztek ki, melyek képesek pótolni a félvezetőket, ráadásul még biológiailag lebomló, megújuló alternatívát is kínálnak helyettük.
Egy az Egyesült Államokban végzett kutatás szerint a méz és az abból készült "chipek" környezetbarát helyettesítői lehetnek a számítástechnikában használt chipeknek, mely az emberi agy mintájára tárolja és fel is dolgozza az adatokat.
A Washingtoni állami egyetem mérnökei a múlt hónapban publikálták a Journal of Physics D nevű lapban kutatásuk eredményeit, melyben olyan anyagot kerestek, amivel a chipgyártásban elengedhetetlen, ám kifogyóban lévő félvezetőket tudják helyettesíteni. Ilyen anyag volt a méz, melyet a mérnökök memrisztorként használtak fel.
Mi az a memrisztor?
A memrisztor szó a memory (memória) és a resistor (elektromos ellenállás) angol szavak összetétele. Egy olyan passzív elektromos elem, amelynek az elektromos ellenállása nem állandó, hanem a múltbeli állapotától függ. Az első memrisztort 2007-ben állították elő. Az ellenállás, a kondenzátor és az induktivitás mellett a negyedik passzív áramköri elem.
A kísérlet kedvéért a kutatók a mézet szilárd halmazállapotúvá alakították majd két fémelektróda közé erősítették, hogy így imitálják az emberi agyban található szinapszisokat (az idegesejtek, másnéven neuronok közötti kapcsolódási helyek, amelyeken keresztül az ingerület egyik sejtről a másikra terjed át). A kutatók azt találták, hogy a biológiailag lebomló, mézből készült memrisztorok képesek voltak utánozni az emberi agy szinapszisait és azon képességüket, hogy nagyon gyorsan ki és bekapcsoljanak, miközben megtartják az átadott információt.
"Ez egy nagyon apró eszköz nagyon egyszerű kialakítással, mely működésében nagyon hasonlít az emberi agyban található neuronokhoz" - mondta Feng Zsao, a tanulmány egyik szerzője. - "Ez azt jelenti, hogy ha többmillió vagy akár többmilliárd mézből készült memrisztort teszünk egymás mellé, azáltal egy neuromorfikus rendszert hozunk létre, mely nagyrészt úgy működik, mint az emberi agy."
A mézből készített memrisztor olyan vastag volt, mint egy emberi hajszál - de a csapat azt tervezi, hogy még ennél is kisebbre, az emberi hajszál ezredrészével megegyező nagyságúra készíti el a következő prototípust.
Leutánozzák az emberi agyat
Az idegsejtekhez hasonlóan működő chipek túlmutatnak a jelenleg megszokott Neumann-elveken. A hagyományos megoldások a kicsinyíthetőség és a túlmelegedés miatt elérték teljesítőképességük határát. A digitális szilícium áramkörökön nyugvó, az emberi agyhoz hasonlatos szinapszisokkal rendelkező lapkák azonban energiatakarékosan tudják kombinálni az adattároló és -feldolgozó elemeket ugyanabban a sokszorosan összekapcsolt modulban.
Az emberi agyban 100 milliárdnál is több neuron található, melyeket több mint ezer trilliárd szinapszis köt össze. A neuronok mindegyike el tudja tárolni és fel tudja dolgozni a kapott adatot, ami miatt az emberi agy sokkal hatékonyabb, mint egy hagyományos számítógép - ezt próbálják leutánozni a neuromorfikus számítástechnikai rendszerek fejlesztői.
A neuromorfikus chip kifejezést Carver Mead, az integrált áramkörök tervezésének egyik legendás alakja használta először 1990-ben. Három évvel később az IBM elkezdte fejleszteni a prototípust, amely 36 mesterséges intelligenciájú neuronnal bírt. 23 év kutatásának eredményeképp a cég 2014-ben bemutatta a TrueNortht, az egymillió neuronnal és 256 millió programozható szinapszissal rendelkező lapkát. Az 5,4 milliárd tranzisztor 70 milliwatt energiát fogyasztott - míg a jelenleg használatos processzorok 1,4 milliárd tranzisztora akár 140 wattot is felemészt. A chip tehát 176 ezerszer hatékonyabb a jelenlegi chipeknél.
Alaposan csökkenteni lehetne az elektronikus hulladékot a megújuló és biológiailag lebomló alternatívával
A washingtoni kutatásban nem csak a mézzel kísérleteztek, hanem fehérjékkel és más, például az aloe vera levelében lévő cukrokkal is, de a legnagyobb potenciált a mézben látja.
"A méz nem romlik meg. Nagyon alacsony a nedvességtartalma, vagyis a baktériumok nem tudnak elszaporodni rajta. Ez azt jelenti, hogy ezek a chipek nagyon stabilak és hosszú időn át használhatóak lesznek" - mondta a kutatás egyik vezetője.
A mézből készült, általuk fejlesztett memrisztor chipek a nem túl magas hőmérsékletet is jól tolerálták - ehhez hozzá kell tenni, hogy a neuromorfikus rendszer használata során sokkal kevesebb hőt termel, mint a hagyományos számítógépek.
És ami talán még ennél is fontosabb: a mézből készült memrisztorok jelentősen csökkentenék az elektronikus hulladékot, mivel újrafelhasználható és biológiai úton lebomló alternatívát kínálnak. "Ha nincs többé szükségünk a számítógépünkhöz az adott alkatrészre, elég csak vízben feloldani. Vagyis akárcsak a hagyományos gépeknél, a felhasználónak itt is vigyáznia kell arra, hogy ne öntse le kávéval a laptopját - figyelmeztet Zsao.