टेक्सास ए एंड एम यूनिवर्सिटी, सैंडिया नेशनल लैब-लिवरमोर और स्टैनफोर्ड यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम अधिक कुशल कंप्यूटिंग के लिए सामग्री डिजाइन करने के लिए मस्तिष्क से सबक ले रही है।खोजी गई सामग्रियों की नई श्रेणी अपनी तरह की पहली है - जो एक ट्रांसमिशन लाइन के साथ यात्रा करते समय एक विद्युत संकेत को स्वचालित रूप से प्रसारित करके एक अक्षतंतु के व्यवहार की नकल करती है।ये निष्कर्ष कंप्यूटिंग और कृत्रिम बुद्धिमत्ता के भविष्य के लिए महत्वपूर्ण हो सकते हैं।

यह अध्ययन में प्रकाशित हुआ हैप्रकृति.

कोईविद्युत संकेतधातु के कंडक्टर में फैलने से धातु के प्राकृतिक प्रतिरोध के कारण आयाम खो जाता है।आधुनिक कंप्यूटर प्रोसेसिंग (सीपीयू) और ग्राफिक प्रोसेसिंग इकाइयों में चिप के भीतर विद्युत संकेतों को घुमाने वाले लगभग 30 मील के महीन तांबे के तार हो सकते हैं।ये नुकसान तेजी से बढ़ते हैं, जिससे एम्पलीफायरों को पल्स अखंडता बनाए रखने की आवश्यकता होती है।ये डिज़ाइन बाधाएँ वर्तमान इंटरकनेक्ट-डेंस चिप्स के प्रदर्शन को प्रभावित करती हैं।

इस सीमा से निपटने के लिए, शोधकर्ताओं ने अक्षतंतु से प्रेरणा ली।अक्षतंतु कशेरुकियों में तंत्रिका कोशिका या न्यूरॉन का एक भाग है जो संचालन कर सकता हैविद्युत आवेगतंत्रिका कोशिका शरीर से दूर.

सैंडिया नेशनल लैब में पोस्ट-डॉक्टरल विद्वान और पूर्व डॉक्टरेट छात्र, मुख्य लेखक डॉ. टिम ब्राउन ने कहा, "अक्सर, हम डेटा सिग्नल को एक स्थान से दूसरे स्थान पर, अधिक दूर के स्थान पर प्रसारित करना चाहते हैं।"पदार्थ विज्ञानऔर टेक्सास ए एंड एम में इंजीनियरिंग।

"उदाहरण के लिए, हमें एक सीपीयू चिप के किनारे से उसके केंद्र के पास ट्रांजिस्टर तक एक विद्युत पल्स संचारित करने की आवश्यकता हो सकती है। यहां तक ​​कि सबसे अच्छा संचालन करने वाली धातुओं के लिए भी, प्रतिरोध परकमरे का तापमानलगातार प्रसारित संकेतों को नष्ट करता है, इसलिए हम आम तौर पर ट्रांसमिशन लाइन में कटौती करते हैं और सिग्नल को बढ़ावा देते हैं, जिसमें ऊर्जा, समय और स्थान खर्च होता है।जीवविज्ञान चीजों को अलग तरीके से करता है: मस्तिष्क में कुछ संकेत सेंटीमीटर दूरी पर भी प्रसारित होते हैं, लेकिन बहुत अधिक प्रतिरोधी कार्बनिक पदार्थों से बने अक्षतंतु के माध्यम से, और संकेतों को कभी भी बाधित या बढ़ाए बिना।

टेक्सास एएंडएम में सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग विभाग में एसोसिएट प्रोफेसर डॉ. पैट्रिक शेमबर्गर के अनुसार, एक्सॉन संचार राजमार्ग हैं।वे एक न्यूरॉन से पड़ोसी न्यूरॉन तक संकेतों का संचार करते हैं।जबकि न्यूरॉन्स संकेतों को संसाधित करने के लिए जिम्मेदार हैं, अक्षतंतु फाइबर ऑप्टिक केबल की तरह हैं जो संकेतों को एक न्यूरॉन से उसके पड़ोसी तक ले जाते हैं।

एक्सॉन मॉडल की तरह, इस अध्ययन में खोजी गई सामग्रियां प्राइमेड अवस्था में मौजूद हैं, जिससे वे एक्सॉन से गुजरते समय वोल्टेज पल्स को स्वचालित रूप से बढ़ा सकते हैं।शोधकर्ताओं ने लैंथेनम कोबाल्ट ऑक्साइड में एक इलेक्ट्रॉनिक चरण संक्रमण का लाभ उठाया जिसके कारण यह गर्म होने पर अधिक विद्युत प्रवाहकीय हो जाता है।जब कोई सिग्नल सामग्री से होकर गुजरता है तो यह गुण उत्पन्न होने वाली थोड़ी मात्रा में गर्मी के साथ संपर्क करता है, जिसके परिणामस्वरूप एक सकारात्मक फीडबैक लूप बनता है।

परिणाम विदेशी व्यवहारों का एक सेट है जो सामान्य निष्क्रिय विद्युत घटकों - प्रतिरोधकों, कैपेसिटर, इंडक्टर्स - में नहीं देखा जाता है - जिसमें छोटे गड़बड़ी, नकारात्मक विद्युत प्रतिरोध और एसी सिग्नल में असामान्य रूप से बड़े चरण बदलाव शामिल हैं।

शेमबर्गर के अनुसार, ये सामग्रियां अद्वितीय हैं क्योंकि वे अर्ध-स्थिर "गोल्डीलॉक्स अवस्था" में मौजूद हैं।विद्युत पल्स न तो क्षय होते हैं और न ही थर्मल रनवे प्रदर्शित करते हैं और टूटते हैं।इसके बजाय, यदि सामग्री को निरंतर चालू परिस्थितियों में रखा जाए तो वह स्वाभाविक रूप से दोलन करेगी।शोधकर्ताओं ने निर्धारित किया कि वे इस व्यवहार का उपयोग स्पाइकिंग व्यवहार बनाने और ट्रांसमिशन लाइन के साथ यात्रा करने वाले सिग्नल को बढ़ाने के लिए कर सकते हैं।

"हम अनिवार्य रूप से सामग्री में आंतरिक अस्थिरता का उपयोग करते हैं, जो इलेक्ट्रॉनिक पल्स को मजबूत करना जारी रखता है क्योंकि यह इसके साथ गुजरता हैसंचरण लाइन.जबकि इस व्यवहार की सैद्धांतिक भविष्यवाणी हमारे सह-लेखक डॉ. स्टेन विलियम्स ने की थी, यह इसके अस्तित्व की पहली पुष्टि है।"

ये निष्कर्ष कंप्यूटिंग के भविष्य के लिए महत्वपूर्ण हो सकते हैं, जो ऊर्जा उपयोग की बढ़ती मांग को बढ़ा रहा है।2030 तक डेटा केंद्रों द्वारा संयुक्त राज्य अमेरिका की 8% बिजली का उपयोग करने का अनुमान है, और कृत्रिम बुद्धिमत्ता उस मांग को नाटकीय रूप से बढ़ा सकती है।दीर्घावधि में, यह गतिशील सामग्रियों को समझने और अधिक कुशल कंप्यूटिंग को बढ़ावा देने के लिए जैविक प्रेरणा का उपयोग करने की दिशा में एक कदम है।