MIT’den ahtapot esinli nanomekanik çip mimarisi

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) araştırmacıları, ahtapotların dokunaçlarında merkezi beyne sürekli ihtiyaç duymadan yerel kararlar verebilen sinir yapısından esinlenerek yeni bir nanomekanik bilişim platformu geliştirdi. Sistem, bilgiyi yalnızca elektronik devreler üzerinden taşımak yerine yumuşak ve esnek polimerlerde meydana gelen fiziksel hareketlerden yararlanarak işliyor. Elektrik sinyallerini mekanik harekete dönüştüren bu yaklaşım, algılama, bellek ve mantıksal işlem işlevlerini aynı nano ölçekli bileşende bir araya getiriyor.

DAĞITIK MİMARİ

Yeni mimaride hesaplama, büyük harici devreler veya yüksek güç gerektiren ayrı işlem birimleri yerine doğrudan nanomekanik yapı içinde gerçekleştiriliyor. Araştırmacılar, biyolojik sistemlerin fiziksel hareket yoluyla bilgi işleme kabiliyetini taklit ederek daha ince ve düşük güç tüketimli cihazlar geliştirmeyi amaçlıyor.

Bu yapı; yumuşak robotlardan giyilebilir tıbbi yamalara, biyouyumlu sensörlerden uç bilişim sistemlerine kadar farklı uygulamalarda kullanılabilecek esnek donanımların geliştirilmesine imkan sağlayabilecek bir temel sunuyor.

VİSKOELASTİK BELLEK

Nano ölçekli mekanik sistemlerde karşılaşılan temel sorunlardan biri, bileşenlerin çok küçük mesafelerde moleküler çekim nedeniyle birbirine yapışarak hareket kabiliyetini kaybetmesi. MIT ekibi bu sorunu aşmak için iki metal elektrot arasına son derece ince bir polidimetilsiloksan (PDMS) katmanı yerleştirdi.

 Viskoelastik özellik gösteren bu polimer, nano ölçekte bir yay gibi davranarak elektrotların birbirine kalıcı biçimde yapışmasını önlüyor ve tekrar hareket edebilmesine imkan tanıyor. Aynı yapı, daha önce uygulanan voltajlara ilişkin bilgiyi mekanik durumunda tutarak bellek işlevi de görüyor.

NÖRON BENZERİ

PDMS katmanı sıkıştırıldığında hemen eski biçimine dönmek yerine bunu kademeli olarak gerçekleştiriyor. Bu gecikmeli mekanik tepki, sistemin geçmiş elektriksel uyarıları belirli bir süre boyunca fiziksel olarak saklamasına imkan veriyor.

Polimer katmanda biriken yük belirli bir eşik seviyesine ulaştığında sistem sinyal üretiyor ve ardından başlangıç durumuna dönüyor. Araştırmacılar bu davranışı, biyolojik nöronların belirli bir uyarılma eşiğine ulaştıktan sonra sinyal üretip sıfırlanmasına benzer bir işleyiş olarak değerlendiriyor.

TEK BİLEŞEN

Geleneksel yapay zeka donanımlarında işlemci ile bellek arasında sürekli veri aktarılması, enerji tüketimi ve ısı üretiminin önemli kaynaklarından biri. MIT’nin geliştirdiği yaklaşımda ise algılama, bellek ve mantıksal hesaplama aynı fiziksel bileşende gerçekleştiriliyor.

Böylece bilginin ayrı işlem ve bellek katmanları arasında sürekli taşınması ihtiyacının azaltılması hedefleniyor. Bu mimari, özellikle düşük enerji bütçesine sahip uç cihazlar ve uzun süre bağımsız çalışması gereken otonom sensörler için farklı bir hesaplama modeli ortaya koyuyor.

ESNEK UYGULAMALAR

Nanomekanik yapının yumuşak ve esnek polimerlere dayanması, teknolojinin rijit silikon tabanlı sistemlerin uygun olmadığı alanlarda kullanılabilmesine de imkan verebilir. Giyilebilir elektronikler, biyouyumlu sensörler, çevresel izleme cihazları ve yumuşak robotik sistemler bu kullanım alanları arasında bulunuyor.

MIT ekibinin geliştirdiği mimari, düşük güç tüketimiyle çalışan ve fiziksel ortamdan aldığı bilgiyi bulunduğu noktada işleyebilen yeni nesil nanomekanik donanımların geliştirilmesine yönelik bir platform sunuyor.