Over de afgelopen tien jaar, kunstmatige intelligentie (AI) en de toepassingen ervan, zoals machine learning, zijn in een stroomversnelling geraakt en hebben een revolutie teweeggebracht in veel industrieën. Naarmate de wereld meer gegevens verzamelt, de rekenkracht van hardwaresystemen moet meegroeien. Helaas, we gaan een toekomst tegemoet waarin we niet in staat zullen zijn om genoeg energie op te wekken om aan onze computerbehoeften te voldoen.

"We horen veel voorspellingen over AI die de vierde industriële revolutie inluidt. Het is belangrijk voor ons om te begrijpen dat de computerplatforms van vandaag niet in staat zullen zijn om grootschalige implementaties van AI-algoritmen op enorme datasets te ondersteunen. Het is duidelijk dat we zullen onze benaderingen van berekeningen op alle niveaus moeten heroverwegen:materialen, apparaten en architectuur. Met trots presenteren we een update op twee fronten in dit werk:materialen en apparaten. Fundamenteel, de apparaten die we demonstreren zijn een miljoen keer energiezuiniger dan wat er vandaag bestaat, " vertelde professor Thirumalai Venky Venkatesan, de hoofdonderzoeker van dit project, afkomstig van de National University of Singapore (NUS).

In een paper gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie op 23 maart 2020, de onderzoekers van het NUS Nanoscience and Nanotechnology Initiative (NUSNNI) rapporteerden de uitvinding van een apparaat op nanoschaal op basis van een uniek materiaalplatform dat optimale digitale in-memory computing kan bereiken en tegelijkertijd extreem energiezuinig is. De uitvinding is ook zeer reproduceerbaar en duurzaam, in tegenstelling tot conventionele organische elektronische apparaten.

Het moleculaire systeem dat de sleutel is tot deze uitvinding is een geesteskind van professor Sreebrata Goswami van de Indian Association for Cultivation of Science in Kolkata, Indië. "We hebben de afgelopen 40 jaar aan deze familie van moleculen van redox-actieve liganden gewerkt. Gebaseerd op het succes met een van onze moleculaire systemen bij het maken van een geheugenapparaat dat werd gerapporteerd in het tijdschrift Natuurmaterialen in 2017, we besloten om ons molecuul opnieuw te ontwerpen met een nieuw tangligand. Dit is een rationele de novo ontwerpstrategie om een ​​molecuul te ontwerpen dat kan fungeren als een elektronenspons, " zei professor Goswami.

Dr. Sreetosh Goswami, de belangrijkste architect van dit artikel die een afgestudeerde student was van professor Venkatesan en nu een onderzoeksmedewerker bij NUSNNI, zei, "De belangrijkste bevinding van dit artikel is disproportionering van de lading of het breken van elektronische symmetrie. Traditioneel, dit is een van die fenomenen in de natuurkunde die veelbelovend zijn, maar die niet kunnen worden vertaald naar de echte wereld, omdat het alleen onder bepaalde omstandigheden optreedt, zoals hoge of lage temperatuur, of hoge druk."

"We zijn in staat om deze ongrijpbare disproportionering van de lading in onze apparaten te bereiken, en moduleren met behulp van elektrische velden bij kamertemperatuur. Natuurkundigen proberen al 50 jaar hetzelfde te doen. Ons vermogen om dit fenomeen op nanoschaal te realiseren resulteert in een multifunctioneel apparaat dat zowel als een memristor of een memcapacitor of zelfs beide tegelijk kan werken, ' legde Dr. Sreetosh uit.

"De complexe intermoleculaire en ionische interacties in deze moleculaire systemen bieden dit unieke ladingdisproportioneringsmechanisme. We zijn professor Damien Thompson van de Universiteit van Limerick dankbaar die de interacties tussen de moleculen heeft gemodelleerd en inzichten heeft gegenereerd die ons in staat stellen om deze moleculaire systemen in veel manieren om nieuwe functionaliteiten verder te ontwikkelen, " zei prof Goswami.

"We denken dat we slechts aan het oppervlak krabben van wat mogelijk is met deze klasse materialen, "voegde professor Venkatesan toe. "Onlangs, Dr. Sreetosh heeft ontdekt dat hij deze apparaten kan laten oscilleren of zelfs puur onstabiel kan vertonen, chaotisch regime. Dit komt heel dicht in de buurt van het repliceren van hoe ons menselijk brein functioneert."

"Computerwetenschappers erkennen nu dat ons brein het meest energie-efficiënt is, intelligent en fouttolerant computersysteem. In staat zijn om de beste eigenschappen van de hersenen na te bootsen en tegelijkertijd miljoenen keren sneller te werken, zal het aanzien van computers zoals we die kennen veranderen. In gesprekken met mijn oude vriend en medewerker professor Stan Williams van de Texas A&M University (die co-auteur is van dit artikel), Ik realiseer me dat ons organische moleculaire systeem uiteindelijk in staat zou kunnen zijn om beter te presteren dan alle oxide- en 'ovonische' materialen die tot nu toe zijn aangetoond, " concludeerde hij.

Vooruit gaan, het NUS-team probeert efficiënte circuits te ontwikkelen die functies van het menselijk brein nabootsen.