Lifandi vísindi - 11.01.2016, Blaðsíða 45

44
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
Lifandi vísindi . 01/2016
Chua (mynd) hefur frá árinu 1971
dreymt um memristorinn. Nú hef-
ur Strukov nýtt uppfinninguna og
smíðað flögu með memristorum.
1 Vísindamenn hafa fóðrað auða memristor-flögu með
myndum af þremur bókstöfum:
Z, V og N. Flagan samanstendur
af 12x12 örþunnum málmþráð-
um sem leggjast hver yfir ann-
an í netferning. Í hverjum krossi
er að finna memristor.
Áldíoxíð og
platína
Platína og títan
Geta flögunnar er enn harla lítilfjörleg en hún getur
þó líkt eftir taugamótum heilans sem brúa um 100
milljarða taugunga. Þessi sveigjanlegu upplýsinga­
brýr geta styrkt og veikt tengingar eftir þörfum.
Memristor­flagan líkir eftir þessu snjalla verklagi –
og það getur orðið vísir að snjallflögu.
3 Miðlagið í memristorinum úr tít-andíoxíði líkir eftir getu taugamóta
heilans til að víkka út eða þrengjast
þegar boð fara í gegnum heilann. Þetta
stafar af því að fjöldi ildisatóma er minni
í neðri helming lagsins. Það gerir við-
námið veikara – og sterkara í efri helm-
ingi lagsins.
Undraflaga getur
þekkt þrjá bókstafi
2 Memristorinn er samloka úr málmi. Þegar myndir af bókstöfum eru sendar í gegnum
flöguna sem rafboð breyta memristorarnir við-
námi sínu. Hver bókstafur þekkist á því að raf-
boðið fer í gegnum memristora-netverk með til-
teknum hætti – eins og í heilanum. Flagan getur
einnig borið kennsl á bókstafina þrátt fyrir að
þeir séu brenglaðir.
Memristor-flagan líkir eftir
ótrúlega flóknu netverki
taugunga í heilanum.
Rafskaut
Lag sem virkar eins og
taugamót
Ildisatóm
A
LL
A
N
H
Ø
JE
N
&
S
H
U
TT
ER
ST
O
CK
D
M
IT
RI
S
TR
U
KO
V/
U
CS
B
U
N
IV
ER
SI
TY
O
F
C
A
LI
FO
RN
IA
Rafskaut
Títanoxíð
sá að byggingareiningin transistor, eða
smári, virkar eins og agnarsmátt tengi
sem annað hvort hleypir í gegn
rafstraumi eða ekki. Þessi virkni hæfir vel
tvíundakerfi tölvanna með núll og einn,
þar sem núll er „slökkt“ og einn er
„kveikt“. En í heilanum eru tengingarnar
milli taugunga ekki bara virkar eða
óvirkar. Þær eru sterkar, veikar eða heilt
haf af blæbrigðum milli þess. Og þannig
virkar einnig memristorinn. Takist
einhvern tíma að smíða flögu með
milljörðum af memristorum í nanóstærð
er leiðin greið fyrir tölvur sem leysa ýmis
vandamál með sama hætti og menn gera.
Fjórði rafræni íhluturinn
Áður en memristorinn kom nú loksins
fram á sjónarsviðið höfðu liðið margir
áratugir með fræðilegum heila-
brotum.
Í klassískri rafeindafræði er
að finna þrjá grundvallarhluti
sem eru notaðir við að stýra
rafstraumi og spennu í rafrás:
Þrenna sem samanstendur af
viðnámi, einnig nefnt resistor, spólu og
þétti. Allir nemar í rafeindafræði þurfa að
kunna skil á þessum þremur þáttum
enda er þá að finna í nánast öllum rafrás-
um, allt frá hljómflutningstækjum til
snjallsíma.
Í einni vísindagrein frá árinu 1971
sagði eðlisfræðingurinn Leon Chua hins
vegar að það hlyti að fyrirfinnast fjórði og
óþekktur meðlimur rafeindafjöl-
skyldunnar; memristorinn.
Samkvæmt útreikningum Leon Chuas
myndi þessi nýi fjölskyldumeðlimur, rétt
eins og venjulegt viðnám, stýra viðnámi
gagnvart rafstraumi í rafrás.
En þar sem venjulegt viðnám hefur
ævinlega sömu mótstöðu
óháð stærð og stefnu raf-
straums myndi við-
námið í þessu nýja dularfulla fyrirbæri
ráðast af bæði stærð og stefnu raf-
straumsins.
Til að skilja þessa undarlegu virkni
þarf maður að hugsa um rafrás eins og
flókið netverk vatnsleiðslna. Memristor-
inn er eins og ein stök vatnsleiðsla sem
getur bæði þanist út og dregist saman.
Því meira vatn sem streymir í gegnum
leiðsluna þess meira þenst memristor
leiðslan út þannig að vatnið rennur greið-
ar í gegn. Ef vatnsdælan dælir nú vatninu
í gagnstæða átt þrengist memristor-
leiðslan nú saman og torveldar gegnum-
streymi vatnsins. Ef slökkt er á vatnsdæl-
u n n i v i ð h e l d u r va t n s l e i ð s l a n
nákvæmlega því þvermáli sem var til
staðar þegar vatnsstreymið stöðvaðist.
Memristorinn „man“ því þannig
hve mikill straumur rann í
gegnum hann þrátt fyrir að
slökkt sé á honum. Eitt af
vandamálum nútímatölva
er að þær glata gögnum sem
ekki er búið að vista þegar
slökkt er á rafmagninu.