مقاومات كهربائيّة من “الغرافين” تُحاكي الدماغ البشري
يعمل فريق من المهندسين من جامعة ولاية بنسلفانيا الأمريكية، على تطوير نوع من الحوسبة المحاكية للشبكات العصبية في الدماغ البشري، باستخدام مادة “الغرافين”.
و”الغرافين” مادة مستخرجة من الكربون، ثنائية الأبعاد، بنيتها البلورية سداسية (وتسمى أيضا قرص العسل أو سلك الدجاج). وهي أرفع مادة معروفة على الإطلاق حتى الآن، يعادل سمكها ذرة كربون واحدة فقط، ورغم ذلك تعتبر إحدى أقوى (أمتن) المواد المعروفة.
وتنتقل الحوسبة الرقمية بين حالتين: 1 و 0، خلافًا لطريقة الدماغ البشري. ويمكننا تشبيه الفرق بالاختلاف بين مصباح يُطفئ ويشتعل، أو تحكم بدرجة الإضاءة ولونها في مصباح آخر.
ويرى سابتارشي داس، رئيس الفريق العلمي والأستاذ المساعد لعلوم الهندسة والميكانيكا في جامعة ولاية بنسلفانيا، أنّ الحوسبة الرقمية وصلت إلى حدودها القصوى، ونحتاج إلى معالجة الصور عالية السرعة، لحاجات مُستجدة مثل السيارات ذاتيّة القيادة. ودفعتنا البيانات الضخمة نحو تطوير ودراسة الحوسبة العصبيّة، فالبيانات الضخمة تعتمد على التعرف على الأنماط، ما يناسب بنية الدماغ البشري.
وقال داس «لدينا حواسيب بقدرات كبيرة، ولكن المشكلة تكمن في تخزين الذاكرة في مكان والحوسبة في مكان آخر.»
ويتطلب نقل البيانات من الذاكرة إلى مكان الحوسبة والعودة الكثير من الطاقة ويبطئ سرعة الحوسبة، ويحتاج حاسوب كهذا مكانًا فيزيائيًا كبيرًا. ويمكن التخلص من هذه المساوئ بالوصول لمساحة واحدة توفر الحوسبة وتحفظ البيانات.
وقال توماس شرانجهامر، طالب الدكتوراه في فريق داس والمؤلف الأول في بحث نُشر في دورية نيتشر كوميونكشينز «أنتجنا شبكات عصبية اصطناعية، تسعى لمحاكاة كفاءة استخدام طاقة ومساحة الدماغ. فالدماغ يشغل حجمًا صغيرًا بينما يحتاج الحاسوب العملاق الحديث مساحة ملعبي تنس أو ثلاثة.»
وتقلّد الشبكات العصبية الاصطناعية التي صنّعها الفريق قدرة الخلايا العصبية على تغيير المشابك العصبيّة بين بعضها البعض، وذلك بوساطة تطبيق مجال كهربائي قصير على صفيحة من الجرافين، وهي طبقة كربونية بثخانة ذرة واحدة. ووصل الفريق إلى برمجة 16 حالة ذاكرة محتملة، مقابل حالتين في معظم مقاومات الذاكرة التي تعتمد على أساس الأكسيد.
ويرى الفريق أن توفير هذه التقنية على نطاق تجاري أمر ممكن لوجود عدد من أكبر شركات تصنيع أشباه النواقل التي تدعم الوصول إلى استخدام أمثل للحوسبة العصبية.
