Materialul care învață ca un creier. Cum va fi folosit?

Cercetătorii de la Școala Politehnică Federală din Lausanne (EPFL), din Elveția, au descoperit că dioxidul de vanadiu (VO2), un compus folosit în electronică, este materialul care învață și reține întregul istoric al stimulilor externi anteriori. Acesta este primul material care a fost identificat ca având această proprietate, deși ar putea exista și altele.

Mohammad Samizadeh Nikoo, doctorand la Power and Wide-band-gap Electronics Research Laboratory (POWERlab) al EPFL, a făcut o descoperire întâmplătoare în timpul cercetărilor sale privind tranzițiile de fază în dioxid de vanadiu (VO2).

• A fost descoperită o legătură surprinzătoare între furtunile solare și cutremure
• Oamenii de știință programează bacterii pentru a devora tumorile canceroase

VO2 are o fază izolatoare atunci când este relaxat la temperatura camerei și suferă o tranziție abruptă de la izolator la metal la 68 °C, unde structura rețelei sale se schimbă. În mod clasic, VO2 prezintă o memorie volatilă: „materialul revine la starea de izolare imediat după îndepărtarea excitației”, spune Samizadeh Nikoo.

Materialul care învață a fost descoperit întâmplător

Pentru teza sa, Samizadeh Nikoo și-a propus să descopere cât timp durează trecerea VO2 de la o stare la alta. Dar cercetările lui l-au condus pe o cale diferită: după ce a făcut sute de măsurători, a observat că materialul care învață are un efect de memorie înglobat în structura sa.

În experimentele sale, Samizadeh Nikoo a aplicat un curent electric unei mostre de VO2. „Curentul s-a deplasat prin material, urmând un traseu până când a ieșit pe cealaltă parte”, explică el. Pe măsură ce curentul a încălzit proba, a făcut ca VO2 să se schimbe. Și odată ce curentul a ieșit, materialul a revenit la starea inițială.

Samizadeh Nikoo a aplicat apoi un al doilea impuls de curent materialului și a văzut că timpul necesar pentru a schimba starea era direct legat de istoricul materialului.

„VO2 părea să-și ‘amintească’ prima fază de tranziție și să o anticipeze pe următoarea”, explică prof. Elison Matioli, care conduce POWERlab.

„Nu ne așteptam să vedem acest tip de efect de memorie și nu are nimic de-a face cu stările electronice, ci mai degrabă cu structura fizică a materialului. Este o descoperire nouă: niciun alt material nu se comportă în acest fel”, a spus el, citat de Tech Xplore.

De ce este importantă această descoperire?

Cercetătorii au descoperit că VO2 este capabil să-și amintească cel mai recent stimul extern timp de până la trei ore. „Efectul memoriei ar putea persista de fapt câteva zile, dar în prezent nu avem instrumentele necesare pentru a măsura asta”, spune Matioli.

Descoperirea echipei de cercetare este importantă deoarece efectul de memorie pe care l-au observat este o proprietate înnăscută a materialului în sine. Inginerii se bazează pe memorie pentru a efectua calcule de tot felul, iar materialele care ar putea îmbunătăți procesul de calcul oferind o capacitate, viteză și miniaturizare mai mari sunt la mare căutare.

VO2 bifează la toate aceste trei aspecte. Mai mult decât atât, memoria sa continuă, structurală, îl diferențiază de materialele convenționale care stochează date ca informații binare, dependente de manipularea stărilor electronice.

Un material asemănător neuronilor

Cercetătorii au efectuat o serie de măsurători pentru a ajunge la concluziile lor. De asemenea, ei și-au coroborat rezultatele prin aplicarea noii metode pe diferite materiale la alte laboratoare din întreaga lume. Această descoperire reproduce bine ceea ce se întâmplă în creier, deoarece comutatoarele VO2 acționează la fel ca neuronii.

Studiul a fost publicat în Nature Electronics.

Vă recomandăm să citiți și:

Corneea artificială care poate restabili vederea, dezvoltată de cercetători

Un robot de pe ISS va efectua intervenții chirurgicale în spațiu

LED-urile viitorului ar putea fi făcute din solzi de pește

Cel mai nou supercomputer al Australiei a dezvăluit rămășițele uimitoare de la o supernovă