هذه المادة الذكية الجديدة تعمل مثل الدماغ البشري

قد تكون الجزيئات الصغيرة التي يمكنها التفكير والتذكر والتعلم هي الحلقة المفقودة بين الإلكترونيات والدماغ.

لأكثر من نصف قرن، بحث الباحثون عن طرق لتجاوز السيليكون من خلال بناء إلكترونيات من الجزيئات. بدت الفكرة بسيطة وجميلة، لكن تبين أن الأجهزة الحقيقية فوضوية. داخل المكون العامل، لا تعمل الجزيئات مثل قطع أنيقة ومعزولة من كتاب مدرسي. وبدلا من ذلك، فإنها تشكل شبكات تفاعلية مزدحمة حيث تتحرك الإلكترونات، وتغير مواقع الأيونات، وتتغير الواجهات مع مرور الوقت، وحتى الاختلافات الصغيرة في البنية يمكن أن تؤدي إلى سلوك غير خطي بقوة. كانت الإمكانية مثيرة، لكن التنبؤ والتحكم بشكل موثوق بما يمكن أن يفعله الجهاز الجزيئي ظل بعيدًا عن المنال.

بالتوازي، سعت الحوسبة العصبية إلى تحقيق هدف ذي صلة. تهدف الحوسبة العصبية – وهي أجهزة مستوحاة من الدماغ – إلى العثور على مادة يمكنها تخزين المعلومات، وإجراء العمليات الحسابية، والتكيف داخل نفس المادة المادية، كل ذلك في الوقت الفعلي. لكن الأساليب الرائدة اليوم، والتي غالبا ما تعتمد على مواد الأكسيد والتحويل الخيطي، لا تزال تعمل مثل أنظمة مصممة بعناية تحاكي التعلم بدلا من المواد التي تحتوي بشكل طبيعي على التعلم في سلوكها الجسدي.

دراسة جديدة للمعهد الدولي للعلوم تجمع بين تحديين معًا

تشير دراسة جديدة أجراها المعهد الهندي للعلوم (IISc) إلى أن هاتين المشكلتين القديمتين قد تجتمعان في نفس الحل.

من خلال العمل في مجالات الكيمياء والفيزياء والهندسة الكهربائية، قامت مجموعة بقيادة سريتوش جوسوامي، الأستاذ المساعد في مركز علوم وهندسة النانو (CeNSE)، بإنشاء أجهزة جزيئية صغيرة يمكن تعديلها للقيام بأدوار مختلفة جدًا. اعتمادًا على كيفية تحفيز الجهاز، يمكن أن يعمل كوحدة ذاكرة، أو بوابة منطقية، أو محدد، أو معالج تمثيلي، أو إلكتروني. المشبك. يقول سريتوش جوسوامي: “من النادر أن نرى القدرة على التكيف على هذا المستوى في المواد الإلكترونية”. “هنا، يلتقي التصميم الكيميائي مع الحساب، ليس كقياس، ولكن كمبدأ عمل.”

كيمياء الروثينيوم تدفع سلوك تغيير الشكل

تأتي هذه المرونة من الكيمياء المستخدمة في بناء الأجهزة وضبطها. صنع الباحثون 17 مجمعًا من الروثينيوم مصممة بعناية، ثم درسوا كيف تؤثر التغيرات الصغيرة في الشكل الجزيئي والبيئة الأيونية المحيطة على كيفية تصرف الإلكترونات. ومن خلال ضبط الروابط والأيونات المتمركزة حول جزيئات الروثينيوم، أظهر الفريق أن جهازًا واحدًا يمكنه عرض أنواع عديدة من الاستجابات الديناميكية. ويمكنه حتى التحول بين السلوك الرقمي والتناظري، على سبيل المثال، عبر نطاق واسع من قيم التوصيل.

تم تنفيذ التركيب الجزيئي بواسطة براديب غوش، زميل رامانوجان وسانتي براساد راث، طالب دكتوراه سابق في CeNSE. كان تصنيع الأجهزة بقيادة بالافي جور، المؤلف الأول وطالب الدكتوراه في CeNSE. يقول جور: “ما أدهشني هو مدى التنوع المخفي في نفس النظام”. “مع وجود الكيمياء الجزيئية والبيئة المناسبة، يمكن لجهاز واحد تخزين المعلومات، أو حسابها، أو حتى التعلم والتخلص من ما تعلمته. وهذا ليس شيئًا تتوقعه من إلكترونيات الحالة الصلبة.”

نظرية تتنبأ بالوظيفة من خلال البنية الجزيئية

إن تفسير سبب تصرف الأجهزة بهذه الطريقة يتطلب شيئًا غالبًا ما تفتقر إليه الإلكترونيات الجزيئية: قاعدة نظرية قوية. قام الفريق ببناء إطار نقل متأصل في فيزياء العديد من الأجسام وكيمياء الكم، والذي يمكنه التنبؤ بوظيفة الجهاز من خلال البنية الجزيئية. باستخدام هذا النهج، قاموا بتتبع كيفية انتقال الإلكترونات عبر الفيلم الجزيئي، وكيف تمر الجزيئات الفردية خلال الأكسدة والاختزال، وكيف تتحول الأيونات المضادة داخل المصفوفة الجزيئية. تشكل هذه العمليات معًا سلوك التبديل والاسترخاء وتحدد مدى استقرار كل حالة جزيئية.

نحو أجهزة عصبية الشكل تتعلم في المادة

والخلاصة الأساسية هي أن قدرة هذه المجمعات على التكيف تجعل من الممكن الجمع بين الذاكرة والحساب داخل نفس المادة. يؤدي ذلك إلى إنشاء طريق إلى أجهزة ذات شكل عصبي حيث يمكن تشفير التعلم في المادة نفسها. ويعمل الفريق بالفعل على وضع هذه المواد على شرائح السيليكون، بهدف بناء أجهزة ذكاء اصطناعي مستقبلية تكون موفرة للطاقة وذكية بشكل جوهري.

يقول سريبراتا جوسوامي، العالم الزائر في مركز CeNSE والمؤلف المشارك في الدراسة والذي قاد التصميم الكيميائي: “يُظهر هذا العمل أن الكيمياء يمكن أن تكون مهندسًا للحسابات، وليس مجرد مورد لها”.

المرجع: “الذاكرات المصممة جزيئيًا من أجل وظائف عصبية قابلة لإعادة التشكيل” بقلم بالافي جور، بيديابهوسان كوندو، براديب غوش، شايون بهاتاشاريا، لوهيت تي، هاريفيغنيش إس، سانتي بي راث، داميان طومسون، سريبراتا جوسوامي، وسريتاش جوسوامي، 9 ديسمبر 2025. مواد متقدمة.
دوى: 10.1002/adma.202509143

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.