MIT mühendisleri, insan beynindeki bilgi aktaran sinapsları taklit eden, on binlerce silikon bazlı  yapay beyin sinapsının bulunduğu, bir konfeti parçasından bile daha küçük bir “çip beyin” tasarladılar.

Araştırmacılar, her bir memristörü silikonla birlikte gümüş ve bakır alaşımlarını da dahil ederek üretmek için metalurjiden yararlandıklarını belirtiyorlar. Çip, çeşitli görsel testlerden geçirildiğinde depolanan görüntüleri hatırlayabildiği ve alaşımsız olarak üretilen mevcut memristör tasarımlarıyla karşılaştırıldığında daha canlı ve net görüntüler elde edildiği görüldü.

Nature Nanotechnology dergisinde yayınlanan sonuçlara göre, bilgiyi insan beyninin nöral mimarisini taklit edecek şekilde işleyen yeni bir devre türü olan memristör tasarımı, nöromorfik cihazlar için oldukça umut verici bir yenilik.

MIT Makine Mühendisliğinde Doçent olarak görev yapan Jeehwan Kim “Bugüne kadar üretilmiş yapay memristör yazılım ağları mevcut ancak biz taşınabilir yapay zeka sistemleri için gerçek sinir ağı donanımı oluşturmaya çalışıyoruz. Bir nöromorfik cihazı arabanızdaki bir kameraya bağladığınızı ve ışıkları ve nesneleri tanıması için internete bağlanmak zorunda kalmadan hemen karar verebildiğini hayal edin.” diyor.

Gezgin İyonlar

Memristörler veya bellek transistörleri, nöromorfik hesaplamada önemli bir unsurdur. Nöromorfik bir cihazda memristör, bir devrede transistör görevi görür, ancak çalışma şekli bakımından bir beyin sinapsına daha benzerdir. Sinaps, bir nörondan iyonlar şeklinde sinyaller alır ve bir sonraki nörona karşılık gelen bir sinyal gönderir.

Geleneksel bir devredeki bir transistör, bilgiyi sadece iki değerden biri olan 0 ve 1 arasında geçiş yaparak ve yalnızca aldığı sinyal, bir elektrik akımı biçiminde belirli bir güçte olduğunda iletir. Bunun aksine, bir memristör, beyindeki bir sinaps gibi bir gradyan boyunca çalışır. Ürettiği sinyal, aldığı sinyalin gücüne bağlı olarak değişir. Bu, tek bir memristörün aynı anda birçok değere sahip olmasını sağlar ve bu nedenle ikili transistörden çok daha geniş bir işlem aralığı sağlar.

Tıpkı bir beyin sinapsı gibi, bir memristör de belirli bir elektrik akım gücüyle ilişkili veriyi hatırlayabilir ve daha sonra benzer bir akım aldığında yine tam olarak aynı sinyali üretebilir. Normalde birden fazla transistör ve kapasitörün yapabildiği karmaşık bir denklem cevabından nesnelerin görsel sınıflandırılmasına kadar birçok şeyi tek bir memristör hatırlayabilir ve oldukça da güvenilirdir.

Jeehwan Kim, mevcut memristör tasarımlarının, voltajın büyük bir iletim kanalını veya bir elektrottan diğerine ağır iyon akışını uyardığı durumlarda oldukça iyi çalıştığını söylüyor. Ancak daha ince iletim kanallarıyla çözümü daha zor sinyaller gönderildiğinde mevcut tasarımların güvenilirliği azalıyor.

Bir iletim kanalı ne kadar ince olursa ve iyonların bir elektrottan diğerine akışı ne kadar hafif olursa, tek tek iyonların birlikte kalması o kadar zordur. Bunun yerine, ortam içinde dağılmış olarak gruptan uzaklaşmaya eğilimlidirler. Sonuç olarak, alıcı elektrodun aynı sayıda iyonu güvenilir bir şekilde yakalaması ve dolayısıyla belirli bir düşük akım aralığıyla uyarıldığında aynı sinyali iletmesi zordur.

İşte Tam Burası Metalurjinin Olaya Dahil Olduğu An

Fakat Kim ve meslektaşları bu problem için bir çözüm buldu. Metalurjistlerin malzemeleri güçlendirmek için kullandıkları teknikleri kullanarak, kendi memristörlerindeki atom etkileşimlerini değiştirerek ortamdaki iyon hareketlerini kontrol etmek için bazı alaşım elementleri eklediler.

Mühendisler genellikle pozitif elektrot için malzeme olarak gümüş kullanır. Kim’in ekibiyse literatürde gümüş iyonlarını etkili bir şekilde bir arada tutabilmeleri için gümüşle birleştirebilecekleri bir element bularak diğer elektrota hızlıca akmasını sağladılar.

Yeni alaşımlarını kullanarak memristör yapmak için önce silikondan negatif bir elektrot, sonrasında az miktarda bakırı gümüş bir tabakaya yatırarak pozitif elektrot imal ettiler . İki elektrotu amorf silikon bir ortamda tıpkı bir sandviç gibi sıkıştırdılar. Bu şekilde, milimetre karelik bir silikon çipe on binlerce memristör sığdırılmış oldu.

Ekip, çipin görüntü işlemesini sağlayarak orijinal görüntünün keskinleştirilmesi veya bulanıklaştırılması gibi çeşitli özelliklerle hafıza programlayacak.

Bu teknolojiyi daha da ileri taşımak istediklerini Belirten Kim, önümüzdeki süreçte, yapay zeka özelliklerinden yararlanabilmek için akıllı bilgisayarlara, bulut uygulamalarına ve hatta internete bile bağlanmaya ihtiyaç duymayacağımızı söylüyor.

Günlük hayatımızın bir parçası haline gelen yapay zeka çok yakında kendisini barındıran elektronik aletlere ihtiyaç duymadan var olabilecek.

Mühendislik kategorisindeki diğer içerikleri de okumanızı tavsiye ederiz!