เมื่อพูดถึงคอมพิวเตอร์ มนุษย์มีความต้องการความเร็วอย่างไม่รู้จักพอ
แต่ด้วยการออกแบบในปัจจุบันของเราเรากําลังเริ่มเข้าใกล้ข้อจํากัดพื้นฐานบางประการเกี่ยวกับความเร็วที่พวกเขาสามารถทําได้
จะเกิดอะไรขึ้นถ้ามีคอมพิวเตอร์ประเภทอื่นที่ทํางานเร็วขึ้นใช้พลังงานน้อยลงและลดมลพิษจากขยะอิเล็กทรอนิกส์
นั่นคือวิทยาศาสตร์ทั้งหมด ไม่ใช่นิยาย
มันอาจเป็นหนึ่งในสิ่งที่แปลกประหลาดกว่าที่คุณจะเห็นในห้องปฏิบัติการวิทยาศาสตร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในห้องปฏิบัติการที่ทําชิ้นส่วนคอมพิวเตอร์
มันเป็นเพียงน้ําผึ้งที่ซื้อจากร้านค้า
มันอยู่นอกชั้นวาง เป็นหมีน่ารักตัวน้อย เราจึงสามารถใส่ไว้ในรูปถ่ายได้
แต่สําหรับ Zoe Templin และ Maheti Tanim น้ําผึ้งนี้เป็นกุญแจสําคัญ
เพราะราคาถูกและทุกคนเข้าถึงได้ง่าย
นอกจากนี้ยังมีคุณสมบัติทางเคมีตามธรรมชาติที่ทําให้เป็นรากฐานที่มีแนวโน้มสําหรับส่วนประกอบคอมพิวเตอร์ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมชนิดใหม่ที่กําลังพัฒนาในแปซิฟิกตะวันตกเฉียงเหนือ
อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยทั่วไปผลิตขยะพิษจํานวนมาก เหมือนกับว่าเป็นขยะอิเล็กทรอนิกส์จํานวนมากที่เกิดขึ้น
โลกผลิตขยะอิเล็กทรอนิกส์ประมาณ 50 ล้านตันต่อปี
มีเพียง 20% เท่านั้นที่ถูกรีไซเคิล ซึ่งหมายความว่าอีก 80% จะจบลงที่หลุมฝังกลบ
การใช้น้ําผึ้งแทนวัสดุ เช่น ซิลิกอนและคอมพิวเตอร์จะทําให้การรีไซเคิลง่ายขึ้นและเป็นพิษน้อยลง เนื่องจากน้ําผึ้งจะสลายตัวในน้ํา
ฉันชอบที่จะเห็นสิ่งนี้กลายเป็นก้าวสําคัญในการมีขยะที่สะอาดทางอิเล็กทรอนิกส์และนําวัสดุอินทรีย์ลงในโทรศัพท์ของคุณไปใช้ในเชิงพาณิชย์
ส่วนคอมพิวเตอร์ที่ทีมกําลังสร้างขึ้นเป็นสิ่งที่ค่อนข้างใหม่ในโลกของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
เรียกว่าเมมริสเตอร์
Memristor เป็นคําผสมของคําว่า หน่วยความจํา และ ตัวต้านทาน ซึ่งทั้งสองอย่างจําเป็นสําหรับคอมพิวเตอร์
น้ําผึ้งมีลักษณะทางเคมีที่จําเป็นในการทําให้เมมริสเตอร์ทํางาน
ดังนั้นพวกมันจึงมีโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ในวัสดุ และเราต้องการโซ่โมเลกุลเหล่านั้นเพื่อให้เราสร้างอุปกรณ์ของเรา
ทีมงานยังให้ความสําคัญกับน้ําผึ้งเพราะมีความเสถียรและไม่เน่าเสีย และไม่เหมือนกับวัสดุคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิม
เราจะหยดน้ําผึ้งลงไป
Templin ใช้เครื่องหมุนเหวี่ยงเพื่อปั่นน้ําผึ้งให้เป็นชั้นบาง ๆ ที่สม่ําเสมอ
มันบางกว่าผมของเธอ
เธอจะทําเมมริสเตอร์โดยประกบน้ําผึ้งระหว่างอิเล็กโทรดโลหะ 2 อัน
คุณมีโลหะฉนวนโลหะ
การผสมผสานระหว่างหน่วยความจําและความต้านทานไฟฟ้าของเมมริสเตอร์นั้นมีเอกลักษณ์เฉพาะในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ แต่มีอีกที่หนึ่งที่คอมโบนี้ค่อนข้างธรรมดาในสมองของเรา
สมองของเราเต็มไปด้วยเซลล์ประสาทที่เรียกว่าเซลล์ประสาท และเมื่อเราเรียนรู้ เซลล์ประสาทของเราจะสร้างการเชื่อมต่อระหว่างกัน
จุดที่เซลล์ประสาทเชื่อมต่อกันคือไซแนปส์
เมื่อเราได้ยินข้อมูลใหม่ สะพานเล็ก ๆ จะถูกสร้างขึ้นข้ามไซแนปส์
สะพานคือความทรงจําของเรา
ยิ่งเราได้ยินข้อมูลซ้ํา ๆ สะพานหน่วยความจําก็จะยิ่งแข็งแกร่งมากขึ้นเท่านั้น
เซลล์ประสาทและไซแนปส์ของเราประมวลผลข้อมูลและจัดเก็บข้อมูลในเวลาเดียวกัน
จุดประสงค์สองประการนี้เป็นเรื่องใหญ่และช่วยให้สมองของเราเป็นคอมพิวเตอร์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดในโลก
หน่วยความจําของทีมทํางานในลักษณะเดียวกัน
มันสร้างสะพานผ่านการล่าสัตว์เมื่อสัมผัสกับไฟฟ้าในระดับหนึ่งนั่นคือการประมวลผลข้อมูล
เมื่อไฟฟ้าหยุดไหล สะพานจะยังคงเหมือนเดิม
นั่นคือความทรงจํา
หากคุณย้อนกลับการไหลของกระแสหน่วยความจําจะถูกล้างให้สะอาด
เรากําลังสร้างระบบความจําที่มีประสิทธิภาพพอๆ กับวิธีที่สมองเก็บความทรงจํา
ดังนั้นเราจึงต้องทํางานโดยพื้นฐานเพื่อเขียนข้อมูลลงในหน่วยความจํา จากนั้นหลังจากนั้นเราก็ลบข้อมูล
การทดสอบจะแสดงให้เห็นว่าเมมริสเตอร์จากน้ําผึ้งของพวกมันสามารถเรียนรู้และจัดเก็บหน่วยความจําเหมือนไซแนปส์ของเราได้หรือไม่
ความคิด
ฉันคิดว่าคุณต้องขยับโพรบเล็กน้อย
ไม่มีการติดต่อ
โอ้ ไปเลย
พวกเขาจะสามารถติดตามประสิทธิภาพของ Honey Mem Rist ผ่านการอ่านข้อมูลบนคอมพิวเตอร์
พวกเขาเปิดเครื่องโพรบและกราฟแสดงสะพานที่ก่อตัวผ่านน้ําผึ้ง
ตอนนี้ข้อมูลถูกเขียนลงในหน่วยความจําแล้วสิ่งที่เราต้องการคือการลบข้อมูล
พวกเขาย้อนกลับการไหลของกระแสไฟฟ้า
โดยพื้นฐานแล้วต้องการเผาสะพานนั้น
สะพานพัง
สวย
นี่คือข้อพิสูจน์ว่าอุปกรณ์น้ําผึ้งของเราเป็นความทรงจําใช่
ดังนั้นหากคุณมีส่วนประกอบคอมพิวเตอร์ที่เลียนแบบเซลล์สมองคุณสามารถรวมเข้าด้วยกันและได้คอมพิวเตอร์ที่เลียนแบบสมองได้หรือไม่?
คําตอบคือใช่
ตอนนี้อุปกรณ์ของเราจําลองไซแนปส์เดี่ยวของเซลล์ประสาทเดี่ยว แต่เราต้องการรวมอุปกรณ์เหล่านั้นเข้าด้วยกัน จากนั้นสิ่งนี้จะทํางานเหมือนสมองของเรามากขึ้น
นี่คือแนวคิดเบื้องหลังการประมวลผลแบบ neuromorphic ซึ่งเป็นการปฏิวัติครั้งใหม่ในการออกแบบคอมพิวเตอร์
นี่คือส่วนประกอบสําคัญเช่นนี้คือไซแนปส์จากสมองของฉัน
ดังนั้นด้วยการรวมอุปกรณ์หลายล้านเครื่องเช่นนี้เข้าด้วยกันฉันจึงสามารถสร้างชิป neuromorphic ซึ่งสามารถคํานวณได้จริง ๆ ที่ซูเปอร์คอมพิวเตอร์สามารถทําได้ แต่ภายใน 100 เท่าเร็วขึ้นและใช้พลังงานน้อยกว่า 1,000 เท่า
คอมพิวเตอร์เกือบทุกเครื่องที่เราใช้มีพื้นฐานมาจากการออกแบบที่มีอายุ 80 ปี นั่นคือสถาปัตยกรรม von Neumann
ในการออกแบบนี้ส่วนของคอมพิวเตอร์ที่ประมวลผลข้อมูลจะแยกจากส่วนที่จัดเก็บข้อมูล
ระบบคอมพิวเตอร์แบบเดิมนี้ใช้พลังงานมหาศาล
พวกเขาต้องใช้เวลา ดังนั้นจึงช้าลง
คอมพิวเตอร์ Neuromorphic แก้ปัญหาคอขวดนี้ส่วนหนึ่งโดยให้โปรเซสเซอร์และที่เก็บข้อมูลทั้งหมดในที่เดียว
ฉันต้องการให้งานวิจัยของฉันเป็นทางออก
นั่นคือสิ่งที่ทีมงานกําลังทําโดยการพัฒนาส่วนประกอบคอมพิวเตอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่ทําจากน้ําผึ้ง
สําหรับระบบคอมพิวเตอร์ที่ประหยัดพลังงานมากกว่าที่เราเคยเห็น ทีมงานกําลังนําคอมพิวเตอร์ไปสู่ยุคใหม่ที่รวดเร็วและสะอาดขึ้น
ฉันโชคดีมากที่ได้เติบโตและเติบโตในแปซิฟิกตะวันตกเฉียงเหนือที่ใส่ใจสิ่งแวดล้อมในระดับนี้ ซึ่งฉันสามารถทําวิจัยที่สามารถช่วยสิ่งแวดล้อมได้อย่างแท้จริงในแบบที่ไม่เคยสํารวจมาก่อน
เราไม่จําเป็นต้องมีซูเปอร์คอมพิวเตอร์เพื่อหาว่าวิทยาศาสตร์ทั้งหมดไม่มีนิยายจะเป็นไปไม่ได้หากปราศจากการสนับสนุนจากสมาชิก OPB
ขอบคุณ
และอย่าพลาดโปรแกรม OPB Science Outdoors and Arts โดยสมัครสมาชิก opbinsider@opb.org/allscience