Naukowcy nie ustają w wysiłkach odwzorowania sposobu w jaki działa ludzki mózg. Może im w tym pomóc nowy materiał.

Laboratorium Ekumy

Nawet najpotężniejsze i najbardziej zaawansowane obliczenia są nadal dość prymitywne w swojej „mechanice” w porównaniu z mocą przerobową ludzkiego mózgu.

Laboratorium Chinedu Ekumy postawiło sobie za cel zrozumienie fizycznych właściwości materiałów. Opracowuje ono modele na styku obliczeń, teorii i eksperymentu. Skupia się w tych pracach nad tylko jednym obszarem: materiałami dwuwymiarowymi (2D). Te twory, nazywane również niskowymiarowymi, są krystalicznymi nanomateriałami. Składają się one z zaledwie pojedynczej warstwy atomów. Ich nowe właściwości sprawiają, że są szczególnie przydatne w nowej generacji elektroniki służącej sztucznej inteligencji. Chodzi tu o tzw. urządzenia neuromorficzne, mające być w sposobie swojego funkcjonowania maksymalnie podobne do ludzkiego mózgu.

Nueromorfizm

Urządzenia neuromorficzne starają się lepiej naśladować sposób przetwarzania informacji przez ludzki mózg niż obecne metody obliczeniowe. Kluczowym wyzwaniem w badaniach neuromorficznych jest dopasowanie elastyczności ludzkiego mózgu i jego zdolności uczenia się na podstawie nieustrukturyzowanych danych wejściowych i to z zachowaniem zadowalającej wydajności energetycznej. Według Ekumy wczesne sukcesy w dziedzinie obliczeń neuromorficznych polegały głównie na konwencjonalnych materiałach krzemowych, które są nieefektywne energetycznie. Ich czas najwyraźniej jednak dobiega końca.

Materiały neuromorficzne mają w sobie łączyć możliwości pamięci obliczeniowej oraz energooszczędność. Dzięki temu powinny znaleźć zastosowanie wszędzie tam, gdzie celem jest maksymalne upodobnienie maszyny obliczeniowej do mózgu.

Ekuma we współpracy z Laboratorium Badawczym Armii USA opracował nową, dość skomplikowaną metodę projektowania materiałów do potencjalnego zastosowania w komputerach neuromorficznych. Wykorzystuje się w tym celu interkalację metalocenu w disiarczku hafnu (HfS2). Ta praca badawcza jest pierwszą, w której zademonstrowano skuteczność działań polegających na aktywowaniu materiału dwuwymiarowego za pomocą cząsteczki organicznej. Badania zostały opublikowane w Materials Today. Autorami pracy są także Sina Najmaei, Adam A. Wilson Asher C. Leff i Madan Dubey. Więcej informacji nasz czytelnik znajdzie tutaj.

Zaczęło się od kawy

Badacze wiedzieli, że materiały niskowymiarowe wykazują nowe właściwości, ale nie spodziewali się tak dużej przestrajalności czy dostosowalności systemu opartego na HfS2. Praca nad materiałem była tym co w laboratorium Ekumy robi się na co dzień – czerpaniem z efektów synergii eksperymentów oraz obliczeń. Wszystko miało się zacząć od popołudniowej rozmowy przy kawie, podczas której badacze omawiali możliwość wprowadzenia cząsteczek organicznych do szczeliny, znanej jako szczelina van der Waalsa, w materiałach 2D. Następnie wykonano projekt materiału i rygorystyczne obliczenia w celu sprawdzenia wykonalności. Na podstawie dobrze rokujących danych obliczeniowych przystąpiono następnie do wykonania próbki, scharakteryzowania właściwości, a finalnie do wykonania prototypowego urządzenia z zaprojektowanego materiału.

Wyniki badań mogą zainteresować naukowców poszukujących materiałów energooszczędnych. Będą one ciekawe także dla przemysłu, zwłaszcza półprzewodnikowego, który projektuje bramki logiczne i inne urządzenia elektroniczne.

Badacze podkreślają, że złożone projektowanie materiałów w oparciu o materiały 2D to obiecująca droga do uzyskania materiałów o wysokiej wydajności i energooszczędności.

Cóż można powiedzieć – tylko grafenu żal.