الملخص:
قام باحثون من جامعة سوتشو للعلوم والتكنولوجيا ومؤسسات أخرى بتطوير مجموعة من المشابك العصبية الاصطناعية المرنة التي يمكنها محاكاة التغيرات في قوة الوصلات المتشابكة البيولوجية وتتحلل بسرعة تحت علاجات كيميائية محددة. يستخدم الجهاز مواد هيكلية عضوية مرتبطة بالهيدروجين كطبقة وظيفية، وMXene كقطب كهربائي، وفيلم بوليميد (PI) كركيزة مرنة. استخدم فريق البحث معالجة الحلول لإنشاء مصفوفة مقاس 10×10 تحتوي على إجمالي 100 وحدة متشابكة. تم نشر الأبحاث ذات الصلة في المجلة الدولية للتصنيع المتطرف.
تتكون المادة الأساسية TCPP-HOF من جزيئات عضوية قائمة على البورفيرين، والتي تشكل بنية مرتبة ثنائية الأبعاد من خلال روابط الهيدروجين. عند تطبيق جهد أمامي، يتم محاصرة الشحنات وتزداد موصلية الجهاز؛ عند تطبيق جهد عكسي، تتحرر الشحنات وتقل الموصلية. من خلال هذا التغيير القابل للتعديل، يمكن للجهاز أن يُظهر تعزيزًا وتثبيطًا يشبه التشابك العصبي، بما في ذلك الخصائص المتعلقة بالتعلم مثل التعزيز طويل المدى والتثبيط طويل المدى، ويمكنه تعيين 10 حالات توصيل مختلفة. تم قياس زمن التبديل الكهربائي بشكل تجريبي ليكون 26 نانو ثانية.
استخدم الباحثون أيضًا الخصائص الكهربائية للجهاز لتقييم قدرة الشبكة العصبية التلافيفية على التعرف على الأرقام المكتوبة بخط اليد MNIST. وصل معدل الدقة إلى حد أقصى قدره 97.23%، وكان معيار البرنامج 99.24%. تحتوي الشبكة العصبية الموصوفة في الورقة على ما يقرب من 120.000 نقطة اشتباك عصبي، لكن المصفوفة الفعلية الفعلية هي 10×10 بإجمالي 100 جهاز؛ لذلك، تظهر هذه المجموعة من النتائج إمكانات خصائص الجهاز للحوسبة الشبيهة بالدماغ، ولا تعني أنه تم دمج شبكة المشابك العصبية بأكملها البالغ عددها 120.000 في هذه المجموعة الصغيرة.
في اختبار المرونة، ظل المصفوفة تعمل بعد ثنيها حول نصف قطر يبلغ حوالي 5 مم 200 مرة، وكانت دقة التعرف على الأرقام المكتوبة بخط اليد 96.33%. يمكن أيضًا أن تتحلل ركيزة PI التي صممها الباحثون في محلول كيميائي أميني ساخن، وتتحول إلى مونومرات قابلة للذوبان بعد حوالي 6 دقائق من المعالجة، تاركة بقايا خاملة صغيرة. وتتطلب هذه العملية محاليل كيميائية معينة وظروف تسخين، ولا يعني ذلك أن الجهاز سيختفي من تلقاء نفسه بعد ملامسته للماء أو البيئة الطبيعية.
يعتقد الفريق أن خصائص المرونة ومعالجة المحاليل والتحلل الذي يمكن التحكم فيه يمكن استخدامها في أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء أو الجلود الإلكترونية المرنة أو الروبوتات الناعمة أو الأجهزة الإلكترونية قصيرة المدى في المستقبل، ويمكن أيضًا تقديم أفكار للتخزين المؤقت وتدمير المعلومات. ومع ذلك، فإن النتائج الحالية لا تزال نماذج مختبرية، وحجم المصفوفة محدود. لا يزال الباحثون بحاجة إلى حل تأثير الرطوبة على استقرار الجهاز، وتوسيع المصفوفة، واختبار الموثوقية على المدى الطويل واتساق التصنيع. إنه ليس نظامًا حاسوبيًا كاملاً يمكنه أن يحل محل المعالجات التقليدية أو شرائح الذكاء الاصطناعي التجارية بشكل مباشر.
التعليقات