Поскольку дефицит чипов в некоторых странах уже перевалил за тридцать процентов, эта проблема вызывает все большую озабоченность. И все же, несмотря на пессимистические прогнозы в индустрии микросхем, иногда происходят позитивные моменты.
Инженеры из Университета штата Вашингтон (WSU) обнаружили, что из меда можно производить экологичные похожие на нейроны головного мозга компьютерные чипы, говорится в исследовании, опубликованном в журнале "Journal of Physics D".
Медовые соты и компьютерный чип
Вдохновленные человеческими синапсами, исследователи переработали обычный цветочный мед в твердую субстанцию и поместили её между двумя металлическими электродами, получив, таким образом, структурированный "мемристор". Медовые мемристоры могут имитировать человеческие нейроны и очень быстро изменять свое сопротивление в зависимости от протекающего через них электрического тока.
"Мед практически никогда не портится, это удивительный природный консервант", - говорит Фэн Чжао, профессор кафедры инженерных и компьютерных наук Университета Вашингтона и автор-корреспондент исследования. "Из-за высокой концентрации сахаров и очень малому количеству влаги, микроорганизмы просто не могут в нем выжить. Таким образом медовые микросхемы будут очень надёжными и стабильными в течение весьма продолжительного времени".
В настоящее время габариты медового мемристора сравнимы с толщиной человеческого волоса. Однако команда разработчиков планирует перейти от микро к наномасштабу, уменьшив размер устройства более чем в тысячу раз.
Сотовый мёд
Решение проблемы электронного мусора
Хорошая новость заключается в том, что благодаря использованию пчелиного меда нейроморфные системы стали более экологичными, а также значительно увеличили скорость работы и энергоэффективность по сравнению с современными компьютерными системами.
В отличие от существующих сегодня невозобновляемых электронных систем, компьютерные чипы на основе меда очень легко утилизировать, просто растворив их в воде. Обладая способностью к биологическому разложению, медовые чипы могут решить проблему утилизации электронного мусора, который ежегодно увеличивает общий объем загрязнения окружающей среды более чем на 22 млн. тонн.
"По всей видимости, медовые мемристоры могут стать тем самым долгожданным решением для сокращения количества электронного мусора за счет своей возобновляемой и биоразлагаемой структуры. Благодаря этим особым свойствам мед очень полезен для создания нейроморфных систем с возобновляемой и биоразлагаемой структурой", - сказал Чжао.
Аннотация исследования:
Спайковые нейронные сети ( SNN ) в будущих нейроморфных архитектурах требуют, чтобы аппаратные устройства были не только способны эмулировать фундаментальные функции биологических синапсов, такие как пластичность, зависящая от времени (STDP) и скорости спайка (SRDP), но и были биоразлагаемыми, что позволит преодолеть современные угрозы экологии, связанные с электронными отходами.
Среди различных технологий и материалов для устройств, мемристивные синаптические устройства на основе природных органических материалов оказались наиболее оптимальными кандидатами для соответствия этим задачам. Структура металл-диэлектрик-металл является аналогом биологического синапса с низким энергопотреблением, высокой скоростью перехода и имитацией синаптической пластичности, а природные органические материалы являются водорастворимыми, возобновляемыми и экологически чистыми. В данном исследовании был проиллюстрирован потенциал мемристора на основе мёда - природного органического материала для организации спайковых нейронных сетей (SNN). Устройство продемонстрировало устойчивое биполярно-резистивное переключение, малое время перехода в 100 нс и время сброса в 500 нс, а также прекрасную растворимость устройства в воде. Эти результаты подтвердили, что мемристивные синаптические устройства на основе меда являются перспективными для реализации SNN в "зеленой" электронике и биоразлагаемых нейроморфных системах.
Источники: Journal of Physics D: Applied Physics
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6463/ac585b
