استفاده از عسل در ساخت تراشه‌های نورومورفیک (عصب‌وار): چرا و چگونه؟
تبلیغات
مغز انسان بیش از 100 میلیارد سلول عصبی (نورون) و بیش از 1000 تریلیون همایه (سیناپس) دارد. هر سلول عصبی، هم می‌تواند داده‌ها را پردازش و هم ذخیره کند و همین ویژگی سبب می‌شود مغز در مقایسه با رایانه‌ها بسیار پربازده‌تر باشد. لذا بعضی از پژوهشگران می‌کوشند با تقلید از ساختار عصبی مغز انسان و رفتار آن، رایانه‌های عصب‌وار یا نورومورفیک (neuromorphic) بسازند.
سامانه‌های نورمورفیک آن‌هایی هستند که رفتار سلول‌های عصبی و همایه‌های مغز انسان را تقلید می‌کنند (نورمورفیک در این مقاله، عصب‌وار ترجمه شده است).
رایانه‌های عصب‌وار یا نورومورفیک در مقایسه با رایانه‌های عادی، بسیار سریع‌ترند و برق بسیار کمتری مصرف می‌کنند. دانشمندان برای ساخت این‌گونه سامانه‌ها شیوه‌های مختلفی را آزموده یا به‌کار گرفته‌اند.
در همین راستا، مهندسان دانشگاه ایالتی واشنگتن نیز طی تحقیقات‌شان توانستند عسل را در نقش ممریستور (memristor) به‌کار ببرند. ممریستور قطعه‌‌ای شبیه ترانزیستور است که خاصیت جالبی دارد، زیرا هم می‌تواند داده را پردازش و هم آن‌را ذخیره کند. ممریستور در مقایسه با دیگر عناصر مدارهای الکترونیکی، عنصر نسبتا جدیدتری است (مقاومت، خازن، ترانزیستور، القاگر و دیود عناصر سنتی‌تر مدارهای الکترونیکی هستند.)
فنگ ژائو (Feng Zhao) دانش‌یار دانشکده مهندسی و علوم رایانه دانشگاه واشنگتن می‌گوید، رایانه نورومورفیک آن‌ها وسیله بسیار کوچکی است و ساختار ساده‌ای دارد اما کارکردهایش بسیار شبیه سلول عصبی انسان است. یعنی اگر میلیون‌ها یا میلیاردها ممریستور عسلی یک‌پارچه شوند، به سامانه‌ای عصب‌وار تبدیل می‌شوند که خیلی شبیه مغز انسان عمل می‌کند.
محققان این پروژه با ایجاد تغییراتی در عسل و تبدیل آن به‌حالت جامد و سپس جای دادن آن بین دو الکترود فلزی، ممریستورهایی ساختند که ساختارشان شبیه همایه‌ها یا سیناپس‌های مغز انسان است. پژوهشگران در مرحله بعد باید قابلیت ممریستورهای عسلی را در تقلید از سیناپس‌های مغز می‌آزمودند. آن‌ها برای این منظور، ممریستورهای عسلی را به‌ترتیب با سرعت 100 نانوثانیه و 500 نانوثانیه روشن و خاموش کردند. طی این آزمایش، ممریستورها از برخی جهات مثل سیناپس عمل کردند و توانستند آن بخش از قابلیت‌های سیناپس را که در فرآیند یادگیری و نگهداری اطلاعات جدید در سلول‌های عصبی موثر است، تقلید کنند.
مهندسان ممریستورهای عسلی را در مقیاس میکرومتر تولید کرده‌اند، لذا ابعاد هرکدام‌شان تقریبا هم‌اندازه قطر یک تار موی انسان است. آن‌ها اکنون می‌خواهند ممریستورهای عسلی را تا مقیاس نانومتر کوچک‌تر کنند که در این‌صورت اندازه هر کدام‌شان یک‌هزارم قطرِ یک تار مو خواهدبود. با ادغام میلیون‌ها یا حتی میلیاردها ممریستور عسلی می‌توان یک سامانه رایانشی نورومورفیک ساخت.
سامانه‌های رایانشی فعلی بر مبنای معماری فون‌نیومن ساخته می‌شوند. این نوع رایانه‌ها، ورودی‌هایی مثل صفحه‌کلید یا ماوس و خروجی‌هایی مثل نمایشگر و نیز پردازنده مرکزی (سی‌پی‌یو)، حافظه رم و حافظه ذخیره‌سازی دائمی دارند. انتقال داده‌ها از ورودی به واحد پردازش و حافظه و خروجی تماما با همین شیوه انجام می‌شود و در مقایسه با مغز انسان برق فراوانی مصرف می‌کند. مثلا ابررایانه ژاپنی فوگاکو در اوج توان خود 28,000,000 وات برق مصرف می‌کند اما مغز انسان همان کارها را تنها با مصرف حدود 10 تا 20 وات برق انجام می‌دهد.
چند شرکت از جمله اینتل و آی‌بی‌ام تاکنون تراشه عصب‌وار ساخته‌اند. هر کدامِ این تراشه‌ها مثل بیش از 100 میلیون سلول عصبی عمل می‌کند که هنوز هم با شمار واقعی سلول‌های عصبی مغز انسان تفاوت آشکاری دارد. بسیاری از سازندگان سامانه‌های عصب‌وار از همان مواد سمی و غیرقابل‌بازیافتی بهره می‌برند که در ساخت تراشه‌های عادی به‌کار می‌روند.
اما بسیاری از پژوهشگران از جمله گروه ژائو در پی راه‌کارهای بهتری هستند و می‌کوشند از مواد بازیافت‌پذیری استفاده کنند که با محیط‌زیست سازگارترند. ژائو و شماری از پژوهشگران تحت سرپرستی او همچنین می‌خواهند برای ساخت خازن از پروتئین‌ها و قندهایی مثل قندهای موجود در برگ آلوئه‌ورا استفاده کنند. اما از نظر ژائو، عسل برای این منظور قابلیت‌های چشمگیری دارد.
به‌گفته وی، عسل فاسد نمی‌شود و چون میزان تمرکز رطوبت در آن خیلی کم است، باکتری‌ها نمی‌توانند در آن زنده بمانند. لذا تراشه‌های عسلی پایداری و اطمینان‌پذیری بسیار طولانی‌مدتی خواهندداشت.
سیستم‌های عصب‌وار برخلاف رایانه‌ها هنگام کار داغ نمی‌شوند، بلکه گرمای کمتری تولید می‌کنند. درنتیجه، ممریستورهای عسلی در معرض گرمای شدید نخواهندبود. ضمنا ممریستورهای عسلی زباله الکترونیکی نیستند و با محیط‌زیست سازگارترند.
ژائو می‌گوید برای دفع تراشه‌های عسلی، کافی است آن‌ها را در آب حل کنید. چنین ویژگی‌های خاصی سبب می‌شوند عسل برای تولید سامانه‌های عصب‌وارِ بازیافت‌پذیر گزینه بسیار مناسبی باشد.
