ТПС: Пробив в нанотехнологиите може да позволи ултраефективна електроника, работеща на принципа на мозъка

Екип от израелски и японски учени е създал графенов превключвател, който почти не изисква захранване. Това откритие би могло да революционизира изчислителната техника, да даде възможност за създаване на устройства с ултраниска консумация на енергия и да доближи до реалността футуристични технологии като невроморфни, подобни на мозък процесори, съобщи днес Телавивският университет, цитиран от израелската новинарска агенция ТПС.
Изследването, в което участват изследователи от Националния институт по материалознание в Цукуба, Япония, се фокусира върху графена, единичен слой от въглеродни атоми, който вече е известен с това, че е изключително здрав, тънък и проводим. Свойствата му обаче могат да се променят драстично в зависимост от това как са подредени множество графенови слоеве. Досега промяната на подредбата на подреждането изискваше много енергия и беше твърде сложна за практическо приложение.
Новото изследване преодолява този проблем. Екипът, ръководен от д-р Нирмал Рой и д-р Пенгуа Ин, под ръководството на проф. Моше Бен-Шалом от Школата по физика и астрономия към Телавивския университет, създава малки „острови“ от графен, широки едва десетки нанометри, където слоевете остават в директен контакт, докато околните области са разделени от слой почти без триене. Тази конструкция позволява на един графенов слой да се плъзга върху друг, за да променя разположението му, използвайки почти никаква енергия. В много случаи, след като промяната започне, тя продължава самостоятелно без никаква допълнителна намеса.
„Това е пробив, който има потенциала да трансформира начина, по който се проектират електронните компоненти в нанометров мащаб. Вместо да разкъсваме и възстановяваме химически връзки, ние просто плъзгаме атомни слоеве един върху друг – естествен процес, който е много по-бърз и по-ефективен“, заяви Бен-Шалом.
Екипът също така открива, че съседните острови могат да бъдат свързани така, че промяна в един остров да предизвика промени в други. Този вид „механична комуникация“ между регионите е подобен на начина, по който невроните взаимодействат в мозъка, което би могло да направи възможно разработването на компютри, които имитират мозъчната функция, известни като невроморфни изчисления.
Невроморфните изчисления са нов тип компютърна конструкция, която работи по-скоро като човешки мозък, отколкото като традиционен компютър. Вместо да обработва задачи стъпка по стъпка, те използват мрежи от изкуствени „неврони“, които могат да работят паралелно, да се адаптират към нова информация и да се учат от опита. Това ги прави много по-енергийно ефективни и по-бързи за задачи като разпознаване на изображения, разбиране на реч или управление на роботи.
 „Способността за проектиране на взаимодействия между различни региони в рамките на даден материал отваря нови възможности, не само за напреднала електроника, но и за вдъхновени от мозъка изчислителни системи. Приближаваме се до превръщането на физически явления, които някога бяха чисто теоретични, в работеща технология“, обясни доктор Нирмал Рой.
Приложенията са значителни. „Този ​​метод може да позволи създаването на интелигентни електронни системи в нанометров мащаб – системи, които консумират по-малко енергия, генерират по-малко топлина и могат да извършват сложни операции по начини, които досега изглеждаха чисто теоретични“, обясни Бен-Шалом.
Отвъд изчисленията, графеновият превключвател може да се използва в миниатюрни сензори и интелигентни наноустройства. Малки сензори с ниска мощност биха могли да наблюдават среди, медицински състояния или портативни устройства за дълги периоди, без да изразходват енергия. Механизмът на плъзгащия се слой произвежда минимално количество топлина, което го прави идеален за високоскоростна електроника и компактни системи, където прегряването е проблем. В дългосрочен план този подход би могъл да позволи автономни микророботи, медицински импланти и интелигентни устройства с наномащаби за изпълнение на сложни задачи.
(Тази информация се разпространява по споразумение между БТА и ТПС)