Materiali i ngjashëm me kameleonin i përzierë me bor i afrohet imitimit të qelizave të trurit

Materiali i ngjashëm me kameleonin i përzierë me bor i afrohet imitimit të qelizave të trurit

Në një studim të ri, studiuesit e Texas A&M në Departamentin e Shkencës dhe Inxhinierisë së Materialeve përshkruajnë një material të ri që i afrohet imitimit të mënyrës se si qelizat e trurit kryejnë llogaritjet.

Çdo moment zgjimi, truri ynë përpunon një sasi masive të dhënash për t’i dhënë kuptim botës së jashtme. Duke imituar mënyrën se si truri i njeriut zgjidh problemet e përditshme, sistemet neuromorfe kanë një potencial të jashtëzakonshëm për të revolucionarizuar analizat e të dhënave të mëdha dhe problemet e njohjes së modeleve që janë një luftë për teknologjitë aktuale dixhitale.

Por që sistemet artificiale të jenë më të ngjashme me trurin, ata duhet të kopjojnë se si qelizat nervore komunikojnë me “terminalet” e tyre, të quajtura sinapse.

Në një studim të botuar në Journal of the American Chemical Society, studiuesit në Texas A&M University kanë përshkruar një material të ri që dedekton aktivitetin elektrik në sinaps. Në mënyrë të ngjashme se si një qelizë nervore prodhon një impuls të rrymës lëkundëse në varësi të historisë së aktivitetit elektrik në sinapsin e saj, studiuesit thanë se materiali i tyre lëkundet nga metali në izolator në një temperaturë tranzicioni të vendosur nga historia termike e pajisjes.

Materialet zakonisht klasifikohen në metale ose izolatorë në varësi të faktit nëse ato përçojnë nxehtësi apo energji elektrike. Por disa materiale, si dioksidi i vanadiumit, i kryejnë të dyja. Në temperatura të caktuara, dioksidi i vanadiumit vepron si një izolator, duke rezistuar në rrjedhën e nxehtësisë dhe rrymave elektrike. Por kur nxehet në 67 gradë Celsius, dioksidi i vanadiumit pëson një ndryshim, si kameleoni, në vetitë e tij të brendshme, duke u shndërruar në një metal.

Këto ndryshime për shkak të temperaturës e bëjnë dioksidin e vanadiumit një kandidat ideal për sistemet elektronike të frymëzuara nga truri sepse neuronet gjithashtu prodhojnë një rrymë lëkundëse, të quajtur një potencial veprimi.

Por neuronet gjithashtu bashkojnë inputet e tyre në sinapsën e tyre. Ky integrim rrit tensionin e membranës së neuronit në mënyrë të qëndrueshme, duke e sjellë atë më afër një vlere pragu. Kur kalohet ky prag, neuronet shkarkojnë një potencial veprimi.

“Një neuron mund të kujtojë se në çfarë tensioni është ulur membrana e tij dhe duke marrë parasysh vlerën prag të voltazhit të tij, neuroni ose do të ndizet ose do të qëndrojë i fjetur,”- thotë Sarbajit Banerjee, profesor në Departamentin e Shkencave të Materialeve dhe Inxhinierisë dhe në Departamentin e kimisë dhe një nga autorët e vjetër të studimit. “Ne donim të rregullonim vetinë e dioksidit të vanadiumit në mënyrë që ai të ruajë pak në kujtesë se sa afër temperaturës së tranzicionit është, në mënyrë që të mund të fillojmë të imitojmë atë që po ndodh në sinapsën e neuroneve biologjike.”

Temperaturat e tranzicionit për një material të caktuar në përgjithësi janë fikse, vetëm nëse shtohet një papastërti, e quajtur dopant. Edhe pse një dopant mund të ndryshojë temperaturën e tranzicionit në varësi të llojit dhe përqendrimit të tij brenda dioksidit të vanadiumit, objektivi i Banerjee dhe ekipit të tij ishte që të krijonin një mënyrë për rregullimin e temperaturës së tranzicionit, më të lartë ose më të ulët në një mënyrë që reflekton jo vetëm përqendrimin e dopantit por edhe kohën që kur ishte rivendosur. Ky fleksibilitet ishte i mundur vetëm kur ata përdorën bor.

Kur studiuesit shtuan bor në dioksidin e vanadiumit, materiali sërish kaloi nga një izolator në një metal, por temperatura e tranzicionit tani varej nga sa kohë qëndroi në një gjendje të re metastabile të krijuar nga bori.

“Neuronet biologjike kanë kujtesën e tensionit të tyre të membranës; në mënyrë të ngjashme, dioksidi i vanadiumit me prani të borit ka një kujtesë të historisë së tij termike, ose duke folur zyrtarisht, për sa kohë ka qendruar në një gjendje metastabile,”- thotë Diane Sellers, një nga autoret kryesore të studimit dhe një ish-shkencëtare hulumtuese në laboratorin e Banerjee. “Kjo memorie përcakton temperaturën e tranzicionit në të cilën pajisja shtyhet të ndryshojë nga metal në një izolator.”

Ndërsa sistemi i tyre është një hap fillestar në imitimin e një sinapsi biologjik, eksperimentet janë duke u zhvilluar për të futur më shumë dinamizëm në sjelljen e materialit duke kontrolluar kinetikën e proçesit të relaksimit të dioksidit të vanadiumit, tha Patrick Shamberger, profesor në departamentin e shkencës së materialeve dhe një autor korrespondues mbi studimin.

Në të ardhmen e afërt, Xiaofeng Qiang, profesor në departamentin e shkencës së materialeve dhe bashkëpunëtor i Banerjee në këtë projekt, planifikon të zgjerojë studimin aktual duke eksploruar strukturat atomike dhe elektronike të përbërjeve të tjera më komplekse të oksidit të vanadiumit. Përveç kësaj, ekipi bashkëpunues do të hetojë gjithashtu mundësinë e krijimit të materialeve të tjera neuromorfe me dopantë alternative.

“Ne do të dëshironim të hetonim nëse fenomeni që kemi vërejtur me dioksidin e vanadiumit zbatohet në rrjetat e tjera të bujtësit dhe atomet e tjerë të ftuar,”- thotë Raymundo Arróyave, profesor në departamentin e shkencës së materialeve dhe një autor përkatës në studim. “Kjo pasqyrë mund të na sigurojë disa mjete për të akorduar më tej vetitë e këtyre llojeve të materialeve neuromorfe për aplikime të ndryshme.”

 

Postime te ngjashme