نجح فريق من الفيزيائيين في تطوير دارة أيونية على شكل معالج يعتمد على حركة الذرات والجزيئات المشحونة في محلول مائي بدلًا من الإلكترونات في أشباه الموصلات الصلبة، ما يبشر بمستقبل واعد في الحوسبة.
يقول العلماء إنها تحاكي الطريقة التي ينقل بها الدماغ المعلومات وقد تكون خطوة مهمة في الحوسبة الشبيهة بالدماغ (حوسبة الشبكات العصبية).
كتب الفريق بقيادة الفيزيائي وو بن جونغ من كلية هارفارد جون بولسون للهندسة والعلوم التطبيقية (SEAS) في ورقة بحثية جديدة: «تستخدم الدارات الأيونية بالمحاليل المائية الأيونات كحاملات شحنة لمعالجة الإشارات، وهي خطوة نحو الحوسبة التناظرية واستخدام أيونات مائية متطورة».
تُنقل الإشارات في الدماغ عن طريق حركة الجزيئات المشحونة (الأيونات) عبر وسط سائل، ويظن العلماء أنه يمكن استخدام نظام مماثل رغم صعوبة تكراره في مجال الحوسبة وهو دفع الأيونات عبر محلول مائي.
الطريقة الجديدة ستكون أبطأ من الدارات السيليكونية التقليدية ولكن تتمتع ببعض المحاسن، يمكن بهذه الطريقة صنع الأيونات من مجموعة من الجزيئات لكل منها خصائص مختلفة قد تستخدم بطرق مختلفة لكن على العلماء إنجاح ذلك، وهذا ما عمل عليه جونغ وزملاؤه فقد صمموا ترانزستور أيوني وظيفي وهو جهاز يُغير الإشارة أو يُكبرها، وأحدث ما توصلوا إليه هو الجمع بين مئات الترانزستورات لتعمل مثل دارة أيونية.
يتكون الترانزستور من ترتيب للأقطاب الكهربائية مع قطب كهربائي صغير على شكل قرص في مركزه وقطبين كهربائيين دائريين متمركزين حوله تتداخل مع محلول مائي من جزيئات الكينون (هي فئة من المركبات العضوية التي تكون بنيتها الكيميائية مشتقة من مركبات عطرية (مثل البنزين أو النفثالين) وذلك بإجراء تحويل عدد زوجي من مجموعات =CH– إلى مجموعات –(C(=O– مع ترتيب للروابط المضاعفة بشكل نحصل فيه على نظام كامل الترافق من بنية حلقية ثنائية الكيتون).
يولد الجهد المطبق على القرص المركزي تيارًا من أيونات الهيدروجين في محلول الكينون ويعدل القطبان الحلقيان في الوقت نفسه الأس الهيدروجيني للحلول، ما يؤدي إلى زيادة أو نقصان التيار الأيوني.
يضاعف الترانزستور معامل الحمل المحدد من الزوج الحلقي وجهد القرص ما ينتج استجابة مثل التيار الأيوني، ومع ذلك تعتمد الشبكات العصبية على عملية رياضية تسمى ضرب المصفوفة.
صمم الفريق مصفوفة 16 سطر و16 عمود من الترانزستورات كل منها قادر على عملية الضرب؛ لإنتاج دائرة أيونية يمكنها القيام بعملية ضرب المصفوفة.
يقول جونغ: «ضرب المصفوفة هو الحساب المعروف في الشبكات العصبية للذكاء الاصطناعي، تجري دائرتنا الأيونية عملية ضرب المصفوفة في الماء بطريقة تناظرية تعتمد اعتمادًا كاملًا على الآلات الكهروكيميائية».
لا يمكن حل 16 تيار بصورة منفصلة بسبب القيود الكبيرة للتكنولوجيا، ما يعني أنه يجب إجراء العملية إجراءً متسلسلًا بدلًا من التزامن، ما أدى إلى إبطاء التقنية بصورة كبيرة، ومع ذلك فإن نجاحها هو خطوة نحو حوسبة أيونية أكثر تعقيدًا فقط عبر إيجاد حلول للمشكلة.
ستكون الخطوة التالية هي إدخال المزيد من الجزيئات إلى النظام لمعرفة قدرة الدارة على معالجة معلومات أكثر تعقيدًا.
يقول يونغ: «استخدمنا 3 إلى 4 أنواع أيونية فقط حتى الآن مثل أيونات الهيدروجين والكينون؛ لتمكين النقل الأيوني في الترانزستور الأيوني المائي، سيكون من المثير جدًا استخدام أنواع أيونية متنوعة ومعرفة كيف يمكننا استخدامها لمعالجة الكثير من المعلومات».
يلاحظ الفريق أن الهدف النهائي ليس استبدال الإلكترونات بالأيونات؛ بل بتقنية هجينة تجمع قدراتهما.
اقرأ أيضًا:
طريقة تصنيع جديدة ل شرائح المعالجات الحاسوبية تسمح بزيادة مفاجئة في أداء المعالجات
كيف تقلص حجم الحواسيب من حجم غرفة إلى حواسيب بحجم ظفر الأصبع
ترجمة: عمرو أحمد حمدان
تدقيق: تسبيح علي
