Dünya bilgisayarlar için kullanılan enerji miktarıyla mücadele ederken, veri merkezleri ve diğer elektronik cihazlar, araştırmacılar bu gereksinimleri karşılama gücü sağlamak için alternatifler arıyorlar.
Christian NijhuisHibrit Malzemeler profesörü optoelektronik Twente Üniversitesi’ndeki (UT) Bilim ve Teknoloji Fakültesi’nden Dr.
“Rüzgar çiftlikleri artık kelimenin tam anlamıyla büyük rüzgar santrallerinin yanına inşa ediliyor. veri merkezleri Microsoft ve Google” diyor.
Üretilen tüm enerjinin yaklaşık yarısı dijital bilgileri aktarmak ve işlemek için kullanılır. Nijhuis, kendisinin ve departmanının verileri aktarmanın ve işlemenin enerji açısından daha verimli yollarını aramasının nedeni olan “Sistem gıcırdar ve gıcırdıyor” diyor.
“Doğa beni her zaman sonsuz bir şekilde büyüledi” diyor. “Vücudumuzun enerjiyi işleme ve depolama şekli, örneğin, Ve bitkilerin güneş ışığından gelen enerjiyi fotosentez yoluyla besinlere nasıl dönüştürdüğünü.”
İnsan beyni, Nijhuis’in araştırması için önemli bir ilham kaynağı. “Beynimiz inanılmaz derecede akıllı ve enerji açısından verimli bir süper bilgisayar” diyor. “Elbette, dijital bir sistemin bizden daha iyi yapabileceği bazı şeyler var, örneğin büyük miktarda bilgiyi hızlı bir şekilde işlemek gibi, ancak bir resimdeki bir kediyi tanıma konusunda beynimiz yine de bir bilgisayardan çok daha iyisini yapabilir. Ayrıca, tıklım tıklım dolu bir stadyumdayken birisi adınızı seslendiğinde siz duyarsınız ama komşunuz duymaz.”
Nijhuis, bunun beyinlerimizin sinir ağları olmasından kaynaklandığını söylüyor. Teknoloji sektörü yıllardır yapay sinir ağları geliştirmek için çalışsa da, beynimizi dijital olarak taklit etmenin son derece zor olduğu ortaya çıkıyor. “Ayrıca, bilgisayarlar çok fazla enerji tüketirler, halbuki beyinlerimiz çok enerji verimlidir,” diye ekliyor.
Sinapsları taklit eden moleküller
Nijhuis ve ekibi, beynimizin sinapslarını taklit eden moleküller bulmak için yola çıktı. “Önemli bir özellik, sinapsların açık veya kapalı olabilmesi ve aradaki her şeyin olabilmesidir” diyor. “Ayrıca, ne ölçüde açılıp kapandıkları, bunu ne sıklıkta ve hızlı bir şekilde yaptıklarına bağlı.”
Araştırmacılar bu öğrenme yeteneğini moleküllerde aradılar. Gerçek keşif güzel bir anekdot, diyor Nijhuis. “Twente’ye dönmeden önce, Singapur’da bu alanda araştırma yapmak için 10 yıl harcadım. yapan öğrenci son keşif itibarını kaybetmekten korktuğu için araştırmasının beklendiği gibi gitmediğini bana söylemeye cesaret edemedi.”
Araştırmacı öğrenci aylarca bir molekülü gerilim altına alıp onun bir ampul gibi açılıp kapanmadığını kontrol etti, ancak bu molekül tuhaf davrandı ve öğrencinin beklediği şeyi yapmadı. Açıkça açılıp kapanmadı, ancak ne kadar açılıp kapandığına göre farklı görünüyordu. “Bunu duyduğumda hemen anladım: tam olarak aradığımız şey bu! Molekül önceki davranışlardan öğreniyordu” diyor.
Bir sinapsı taklit etmeyi başardıktan sonra, bir sonraki adım bütün bir ağdır. Bunu geliştirmek için Nijhuis, daha fazla araştırma yapmak üzere Twente’ye döndü. o aldı bursu kazandım Hollanda Araştırma Konseyi’nden bu araştırmayı desteklemek için. Bir Vici hibesi, Hollanda’nın en önemli kişisel bilimsel hibelerinden biridir. hibeler, ve kendi yenilikçi araştırma hatlarını başarıyla geliştirme yeteneklerini kanıtlamış ileri düzey araştırmacıları hedeflemektedir. bu Hollanda Araştırma Konseyi Hollanda’nın önde gelen bilim fon sağlayıcılarından biridir ve bilimde kalite ve yenilik sağlar.
Nijhuis için çekici olmasının nedenlerinden biri Twente Üniversitesi’ne geri dönmek, Avrupa’nın en büyük temiz odası olan bir nano laboratuvarın varlığıdır.
Ayrıca üniversite mikroteknoloji alanında da çok güçlü bir oyuncu. “Ve yakın zamanda bir moleküler merkez,” diyor. “Optik, nanoteknoloji ve mikroelektroniklerin bu kombinasyonu, gelecekte bir optik-elektronik nörobilgisayar yaratmayı mümkün kılıyor. Her şey Twente Üniversitesi’nde bir araya geliyor.”
Daha fazla enerji verimliliği
Nijhuis ve ekibi tarafından yapılan takip araştırması, bunun enerji açısından verimli bir şekilde yapılabileceğini kanıtlamak için eksiksiz bir yapay sinir ağında milyonlarca moleküler anahtarı ölçeklendirmeye odaklanıyor.
“Bedenimizin dışında muhtemelen beynimizin enerji verimliliğine asla ulaşamayacağız, ancak cihazları 10 ila 100 kat daha verimli hale getirmeyi başarırsak, bunun büyük bir etkisi olur” diyor.
Yaklaşık on yıl içinde çok daha enerji tasarruflu bilgisayarlar yapmayı hayal ediyor. “Bu, bölgedeki enerji sorunlarını çözecektir. verimerkez sektörü” diyor Nijhuis.
Bir başka büyük dilek ise, buluşunu yumuşak robotlara ve sağlık hizmetlerine uygulamaktır. “Moleküler malzemelerle çalıştığımız için, bunu vücuttaki yumuşak robotlara veya uygulamalara dahil etmek çekici” diyor.
Nijhuis ayrıca EBRAIN-NL görsel korteksi uyarmak için implantlar geliştirmeyi amaçlayan konsorsiyum.
“Örneğin Amsterdam’daki Beyin Enstitüsü, bir hastaya sinir hücrelerini uyaran ve dijital bilgilerin kör bir kişi tarafından görülmesini sağlayan bir silikon disk yerleştirdi bile” diyor. “Tahmin edebileceğiniz gibi, silikon bir vücut için oldukça istilacıdır, bu nedenle yumuşak biyo-uyumlu malzemeler kullanmayı tercih ediyoruz. Bu tür uygulamalar için moleküler malzemeler ideal olarak uygundur.”
İnovasyon kapınızda
Nijhuis, bilgileri 10 ila 100 kat daha fazla enerji verimli bir şekilde işlemek mümkün olduğunda, sürücüsüz arabaların da birdenbire daha erişilebilir hale geldiğini söylüyor. Elektrikli bir araçtaki bilgisayar ve pil, böyle bir araba sürücüsüz olsaydı, %30 daha az menzil sağlardı.
“Böyle bir bilgisayar sistemi çok daha az enerji tükettiğinde neler başarabileceğimizi hayal edebiliyor musunuz?” diyor.
Profesöre göre olası uygulamaların sayısı çok fazla. Nijhuis, “Pil ömrünün önemli olduğu her durum için değer kattı” diyor.
Ancak, sensörlerin toplanan verileri bir dereceye kadar yerel olarak işleyebilmesi ve verilerin her zaman bir ağ üzerinden ileri geri gönderilmesi gerekmemesi durumunda olası uygulamalar da vardır.
Beynimiz sadece bilgiyi depolamakla kalmaz, aynı zamanda onu işler. “Oysa bilgisayarlarda işlemci ve bellek hala ayrı. Buluşumuz, veri depolama ve işlemenin rol oynadığı herhangi bir uygulamaya fayda sağlayacaktır.”
Nihai hayali, çevrelerine aktif olarak yanıt verebilen ve geri bildirim sağlayabilen akıllı yumuşak robotlarda bir uygulamadır. Nijhuis, “Birisine daha iyi bir yaşam kalitesi sunabilecek bir cihazın yapılmasına yardımcı olabilirsem, bu çok şey ifade eder” diyor.