Фильтр по тематике
Вдохновленные аксонами мозга, исследователи разработали материалы, которые могут эффективно распространять электрические сигналы, потенциально совершенствуя будущие вычислительные технологии за счет повышения эффективности и снижения энергопотребления. Эти новые материалы имитируют аксоны, распространяя электрические сигналы без ухудшения качества, что может революционизировать вычислительную архитектуру.
Группа ученых из Техасского университета A&M, Сандийской национальной лаборатории в Ливерморе и Стэнфордского университета изучает работу мозга с целью разработки материалов для более эффективных вычислений. Новый класс обнаруженных материалов является первым в своем роде и имитирует поведение аксона путем спонтанного распространения электрического сигнала при его прохождении по линии электропередачи. Эти результаты могут иметь решающее значение для будущего вычислительной техники и искусственного интеллекта.
Любой электрический сигнал, распространяющийся в металлическом проводнике, теряет амплитуду из-за сопротивления металла. Современные компьютерные процессоры (CPU) и графические процессоры могут содержать около 30 миль тонких медных проводов, передающих электрические сигналы внутри чипа. Такие потери быстро накапливаются, что требует использования усилителей для поддержания целостности импульсов. Возникающие конструктивные ограничения влияют на производительность современных микросхем с высокой плотностью межсоединений. Даже для металлов с лучшей проводимостью сопротивление при комнатной температуре постоянно ухудшает передаваемые сигналы, поэтому мы обычно разрезаем линию передачи и усиливаем сигнал, что требует энергии, времени и пространства. Природа делает все иначе: некоторые сигналы в мозге также передаются на сантиметровые расстояния, но через аксоны, сделанные из гораздо более резистивной органической материи, и никогда в процессе передачи сигнал не усиливается. Аксоны — это часть нервной клетки, или нейрона, у позвоночных, которая может проводить электрические импульсы от тела нервной клетки.
По словам доктора Патрика Шамбергера, доцента кафедры материаловедения и инженерии в Техасском университете A&M, аксоны являются коммуникационной магистралью. Они передают сигналы между соседними нейронами. В то время как нейроны отвечают за обработку сигналов, аксоны похожи на оптоволоконные кабели. Исследователи воспользовались электронным фазовым переходом в оксиде лантана и кобальта, который заставляет его становиться гораздо более электропроводящим при нагревании. Это свойство поддерживается небольшим количеством тепла, выделяемого при прохождении сигнала через материал, что приводит к образованию положительной петли обратной связи.
В результате получается набор экзотических свойств, которые не наблюдаются в обычных пассивных электрических компонентах – резисторах, конденсаторах, катушках индуктивности, включая усиление малых возмущений, отрицательные электрические сопротивления и необычно большие фазовые сдвиги в сигналах переменного тока.
По словам Шамбергера, эти материалы уникальны, потому что они существуют в полустабильном «состоянии Златовласки». Электрические импульсы не затухают, не проявляют теплового разгона и разрушения. Исследователи определили, что они могут использовать это поведение для усиления сигнала, который распространяется по линии электропередачи.
Эти результаты могут иметь решающее значение для будущего вычислительной техники, которая стимулирует растущий спрос на использование энергии. Ожидается, что к 2030 году центры обработки данных будут потреблять 8% электроэнергии в Соединенных Штатах, и искусственный интеллект может значительно увеличить этот спрос. В долгосрочной перспективе это шаг к пониманию динамических материалов и использованию биологического вдохновения для продвижения более эффективных вычислений.
Источник: https://scitechdaily.com/mind-blowing-tech-brain-inspired-materials-revolutionize-computing/
