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Ein von Neuroplastizität inspiriertes neues Computergerät kann Erinnerungen wie das menschliche Gehirn neu konfigurieren und speichern

Der Mensch ist ein bemerkenswertes Organ, das die moderne Wissenschaft in vielerlei Hinsicht inspiriert hat. Jetzt wird seine Fähigkeit zur Neuroplastizität in ein neues molekulares Gerät mit außergewöhnlichen Rechenfähigkeiten umgewandelt.

Wissenschaft täglich berichteten, dass das neue Gerät umkonfiguriert werden kann, um verschiedene Rechenaufgaben mit unterschiedlichen Spannungen auszuführen. Tatsächlich verhält es sich wie Neuronen, die Erinnerungen für den späteren Abruf und die Verarbeitung speichern können.

DR. Stanley Williams, Professor am Department of Electrical and Computer Engineering an der Texas A&M University, sagte, es sei eine Herausforderung, Neuroplastizität in ein physikalisches System zu integrieren, aber sie seien in der Lage, ein Gerät mit ähnlichen rekonfigurierbaren Eigenschaften durch Neuprogrammierung seiner Logik zu entwickeln.

Ein von Neuroplastizität inspiriertes neues Computergerät kann Erinnerungen wie das menschliche Gehirn neu konfigurieren und speichern

(Foto: Pixabay)
Ein von Neuroplastizität inspiriertes neues Computergerät kann Erinnerungen wie das menschliche Gehirn neu konfigurieren und speichern

Das von Neumann-Engpass-Dilemma

Fortgeschrittene Supercomputer stehen ebenso wie normale Computer vor der Herausforderung des von Neumann-Engpasses. Techopädie definiert es als die Idee, dass “der Durchsatz von Computersystemen aufgrund der relativen Leistung der Prozessoren im Vergleich zu den schnellsten Datenübertragungsraten begrenzt ist”. Das bedeutet, dass der Prozessor eines Computers irgendwann inaktiv wird, der Speicher jedoch weiterhin verwendet wird.

Die Verzögerung bei der Computerverarbeitung tritt trotz extrem hoher Prozessorgeschwindigkeiten auf. Wissenschaftler haben versucht, sich der Alternative zuzuwenden, indem sie herkömmliche elektronische Bauteile für Memristoren verwenden, die den von Neumann-Flaschenhals umgehen. Laut Science Daily verwandeln sich Niobdioxid- und Vanadiumdioxid-Memristoren bei einer bestimmten Temperatur von einem Isolator in einen Leiter, sodass sie Berechnungen durchführen und Daten speichern können.

Das einzige Problem ist, dass Memristoren nur bei bestimmten Temperaturen arbeiten können, da sie aus Seltenerdelementen bestehen. Dies führte dazu, dass Wissenschaftler nach organischen Molekülen suchten, die als Memristoren fungieren können.

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Neuroplastizität in Computergeräten

Die Forscher konnten ein neues Gerät entwickeln, das wie Memristoren funktionieren kann, aber organische Materialien enthält. DR. Sreebrata Goswami entwarf das Material mit einem zentralen Metallatom aus Eisen, das an drei Liganden gebunden ist, organische Phenyl-Azopyridin-Moleküle.

DR. Laut Sreebrata verhält sich das Gerät wie ein Elektronenschwamm, der reversibel bis zu sechs Elektronen absorbiert, was zu sieben verschiedenen Redoxzuständen führt, was der Schlüssel zur Rekonfigurierbarkeit des Geräts ist.

Inzwischen hat Dr. Sreetosh Goswami dieses Projekt durch die Entwicklung eines kleinen Stromkreises. Wenn eine negative Spannung an das Gerät angelegt wird, kann das organische molekulare Gerät im Gegensatz zu Memristoren bei unterschiedlichen Spannungen von einem Isolator zu einem Leiter hin und her schalten.

Sreetosh und Sreebrata untersuchten die molekularen Mechanismen, die dieses Schaltverhalten antreiben, indem sie nach spektralen Signaturen suchten, die das Verhalten mithilfe von Raman-Spektroskopie erklären. Sie fanden heraus, dass eine negative Spannung dazu führt, dass die Liganden auf dem Molekül eine Reihe von Reduktions- und Elektronenakquisitionsereignissen durchlaufen, die dazu führen, dass das Gerät zwischen Ein und Aus wechselt.

Sreetosh sagte, dass das Schaltverhalten des Geräts der Neuroplastizität des menschlichen Gehirns ähnlich ist, dass es auch seine physikalische Verdrahtung neu konfigurieren und ändern kann, indem es ihnen unterschiedliche Spannungsimpulse gibt. wenn SehrWellMind Neuroplastizität ist die Fähigkeit des Gehirns, sich aufgrund von Erfahrungen zu verändern und anzupassen.

Forscher sagten, dass ihr Gerät zunächst in tragbare Geräte und andere Anwendungen integriert werden könnte, bei denen die Leistung begrenzt ist. DR. T. Venkatesan, der Mitautor der Studie, fügte hinzu, dass ihr molekulares Gerät eines Tages den Weg für die Entwicklung von Prozessorchips der nächsten Generation ebnen könnte, die über außergewöhnliche Rechenleistung und Geschwindigkeit verfügen, aber weniger Energie verbrauchen.

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Lili Falk

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