Monash Üniversitesi’ndeki ekip, beynin sinir yollarına benzer şekilde davranan sıvı bazlı küçük bir çip geliştirdi ve bu çipin yeni nesil bilgisayarlara kapı aralayabilecek özellikler sergilediğini bildirdi. Yaklaşık bir madeni para büyüklüğündeki çip, özel tasarlanmış metal-organik bir çerçeve (MOF) üzerinden iyonları mikro/nano ölçekli yollarla geçirerek, bilgisayarlardaki elektronik transistörlerin açma/kapama geçişini taklit eden bir davranış üretiyor. Geleneksel katı hâl çiplerden farklı olarak sistem, beyindeki nöronların esnekliğini taklit ederek önceki sinyalleri hatırlayan bir işleyiş de sergiliyor.
PROTON TAŞINIMI KEŞFİ
Ortak başyazarlardan Sir John Monash Seçkin Profesörü ve ARC Ödüllü Üyesi, Monash Membran İnovasyon Merkezi Müdür Yardımcısı Prof. Huanting Wang, nano gözenekli malzemelerin yeni nesil cihazlarda taşıdığı potansiyele dikkat çekiyor ve nanofluidik bir cihazda protonların doygunlukta doğrusal olmayan iletiminin ilk kez net biçimde gözlemlendiğini vurguluyor. Bu belirgin davranışın, hafızalı ve hatta öğrenme yeteneklerine sahip iyontronik sistemlerin tasarımı için yeni fırsatlar sunduğu değerlendiriliyor. Wang’ın çerçevesinde, MOF gibi fonksiyonel malzemelerin birkaç nanometre kalınlığında mühendislik tasarımıyla, günümüz elektronik çiplerinin bazı sınırlamalarını tamamlayan ya da aşan gelişmiş akışkan çiplerin ortaya çıkabileceği ifade ediliyor.
SIVI DEVRE VİZYONU
Ekip, potansiyeli göstermek için birden fazla MOF kanalına sahip küçük bir akışkan devre oluşturdu. Çipin voltaj değişimlerine verdiği tepkiler, elektronik transistörlerin davranışını andırırken; sistem aynı zamanda, gelecekte sıvı tabanlı veri depolama veya beyin esinli bilgi işlem sistemlerinde kullanılabilecek bellek etkileri de ortaya koydu. Bu yaklaşım, katı devreler yerine sıvı devreler kullanan ve insan benzeri düşünme süreçlerini hedefleyen bilgisayar mimarilerine atılmış yeni bir adım olarak değerlendiriliyor.
SEÇİCİ İYON KONTROLÜ
Monash Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Bölümü’nden ve hâlen Kaliforniya Üniversitesi’nde misafir araştırmacı olarak bulunan Dr. Jun Lu, geliştirilen çipin proton ve metal iyonlarının akışını seçici biçimde kontrol edebildiğini belirtiyor. Sistem, önceki voltaj değişimlerini hatırlayarak bir tür kısa süreli bellek sağlıyor. Araştırma ekibi, cihazı “özel kılan” noktanın, protonları ve metal iyonlarını farklı biçimlerde yöneten hiyerarşik yapısı olduğuna dikkat çekiyor; bu sayede sergilenen seçici ve doğrusal olmayan iyon taşınımı, nanofluidik alanda daha önce gözlenmeyen nitelikte bir davranış olarak kayda geçiyor.
MOF TABANLI TRANSİSTÖRLER
Çalışma, MOF kanalları üzerinden iyon taşınımını bir “aç/kapa” mekanizması gibi kullanıp transistör benzeri tepkiler üreten, aynı zamanda hafıza işlevi sergileyen akışkan devre yaklaşımıyla öne çıkıyor. Araştırmacılar, MOF kanallarının bileşimini, gözenek boyut dağılımını ve yüzey kimyasını daha da optimize ederek, sinyal kalıcılığı, enerji verimliliği ve öğrenme benzeri uyarlanabilirlik açısından cihazın performansını ilerletmeyi hedefliyor. Bu doğrultuda, birkaç nanometre kalınlığında fonksiyonel MOF filmleri ile ölçeklenebilir ve seri üretime uygun iyontronik platformların önü açılabilir.
SIVI BELLEK VE NÖROMORFİK
Elde edilen sonuçlar, sıvı tabanlı bilgi depolama hücrelerinden nöromorfik (beyin esinli) hesaplama elemanlarına, biyouyumlu sensör ve arayüz çözümlerinden düşük gerilimle çalışan esnek elektroniklere kadar çok çeşitli uygulamalara işaret ediyor. Çipin, voltaj geçmişine duyarlı yanıtı sayesinde kısa süreli bellek işlevleri; iyon türüne göre ayrımlı taşıma olanağı sayesinde de programlanabilir mantık kapıları veya öğrenebilir devre blokları için örnek teşkil ediyor. Araştırmacılar, sıvı devre mimarilerinin katı hâl elektroniklerle melez biçimde bir araya gelmesiyle, hem enerji verimliliği hem de işlevsel esneklik açısından yeni nesil bilgi işlem platformları oluşturulabileceğini öngörüyor.
