ساخت رایانه بدون سیلیکون
جرعه ای ازجهان دانش
بهارسادات موسوی
[ گزارش ازپژوهش های تازه ]
سیلیکون در فناوری نیمه‌هادی که زیربنای تلفن‌های هوشمند، رایانه‌ها، وسایل نقلیه الکتریکی و موارد دیگر است، پادشاهی می‌کند، اما به گفته گروهی به رهبری محققان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، سیلیکون ممکن است در حال از دست دادن تاج و تخت خود باشد.
محققان برای اولین بار در جهان، از مواد دوبُعدی (۲D) که تنها به اندازه یک اتم ضخامت دارند و برخلاف سیلیکون، خواص خود را در آن مقیاس حفظ می‌کنند، برای توسعه رایانه‌ای با قابلیت انجام عملیات ساده استفاده کردند.
به نقل از ساینس‌دیلی، محققان می‌گویند که این پیشرفت که در روز ۱۱ ژوئن در مجله نیچر منتشر شد، نشان دهنده جهشی بزرگ به سوی تحقق الکترونیک نازک‌تر، سریع‌تر و با بهره‌وری انرژی بیشتر است. آن ها یک رایانه نیمه‌هادی اکسید فلز مکمل (CMOS) — که در قلب تقریبا هر دستگاه الکترونیکی مدرن قرار دارد، بدون تکیه بر سیلیکون ایجاد کردند. در عوض، آن ها از دو ماده دوبعدی مختلف برای توسعه هر دو نوع ترانزیستور مورد نیاز برای کنترل جریان الکتریکی در رایانه‌های CMOS استفاده کردند. دی‌سولفید مولیبدن برای ترانزیستورهای نوع n و دی‌سلنید تنگستن برای ترانزیستورهای نوع p.
ساپتارشی داس (Saptarshi Das)، استاد علوم مهندسی و مکانیک در دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، می‌گوید: سیلیکون با امکان کوچک‌سازی مداوم ترانزیستورهای اثر میدانی (FET)، پیشرفت‌های چشمگیری را در الکترونیک برای دهه‌ها به ارمغان آورده است. ترانزیستورهای اثر میدانی با استفاده از یک میدان الکتریکی که هنگام اعمال ولتاژ تولید می‌شود، جریان را کنترل می‌کنند. با این حال، با کوچک شدن دستگاه‌های سیلیکونی، عملکرد آن ها شروع به کاهش می‌کند. در مقابل، مواد دو بعدی، خواص الکترونیکی استثنایی خود را در ضخامت اتمی حفظ می‌کنند و مسیری امیدوارکننده را ارائه می‌دهند.
داس می‌گوید: این پیشرفت کلیدی کار ماست. ما برای اولین بار یک رایانه کاملا ساخته شده از مواد دوبعدی را ایجاد کرده‌ایم که ترانزیستورهای دی‌سولفید مولیبدن و دی‌سلنید تنگستن رشد یافته در سطح وسیع در آن با هم ترکیب شده‌اند.
رایانه دوبعدی ما با ولتاژهای تغذیه کم و حداقل مصرف برق کار می‌کند و می‌تواند عملیات منطقی ساده را در فرکانس‌های تا ۲۵ کیلوهرتز انجام دهد.
داس افزود: فناوری سیلیکون حدود ۸۰ سال است که در حال توسعه است، اما تحقیقات در مورد مواد دوبعدی نسبتا جدید است و در واقع فقط در حدود سال ۲۰۱۰ آغاز شده است. ما انتظار داریم که توسعه رایانه‌های مواد دوبعدی نیز یک فرآیند تدریجی باشد، اما این در مقایسه با مسیر سیلیکون، یک جهش رو به جلو است.
نخستین عکس از قطب جنوب خورشید
«مدارگرد خورشیدی» (سولار اوربیتر) سازمان فضایی اروپا نخستین تصاویر بشر از قطب‌های خورشید را ثبت کرد.
به گزارش اسپیس، این در حالی است که هر تصویری که تاکنون از خورشید ثبت شده از اطراف مدار استوای این ستاره گرفته شده زیرا زمین که یکی از سیارات منظومه شمسی به‌حساب می‌آید و همچنین تمام فضاپیماهای نوین در یک دیسک مسطح به نام «صفحه دایره البروج» به‌دور خورشید می‌چرخند.
اما مأموریت مدار زدن دور خورشید سازمان فضایی اروپا فعالیت‌ها را به شیوه متفاوتی انجام داده و مدار خود را از این صفحه منحرف کرده است. این امر سبب شد سولار اربیتر از یک زاویه کاملاً جدید و به شیوه‌ای کاملاً نوین از خورشید عکس بگیرد.
تصاویر ثبت شده از قطب جنوب خورشید بین ۱۶ و ۱۷ مارس ۲۰۲۵ میلادی و با استفاده از ابزارهای PHI، EUI و SPICE ثبت شده‌اند. این نخستین مأموریت مدارگرد خورشیدی برای رصد خورشید از زاویه دید بالابود که در زاویه ۱۵ درجه زیر خط استوای خورشید انجام شد. تنها چند روز پس از ثبت این تصاویر، فضاپیمای سازمان فضایی اروپا به حداکثر زاویه دید ۱۷ درجه رسید که در حال حاضر در این زاویه قرار دارد و نخستین مدار «قطب به قطب» خود را به‌دور خورشید انجام می‌دهد.
هامیش رید، سرپرست ارشد «ابزار تصویربرداری فرابنفش شدید» مدارگرد خورشیدی، از آزمایشگاه علوم فضایی مولارد در دانشگاه کالج لندن (UCL)، در این باره می‌گوید: فضاپیماها به طور معمول مانند سیاره‌های منظومه شمسی، روی یک صفحه مسطح به نام صفحه دایرهالبروج دور خورشید می‌زنند. این کم‌مصرف‌ترین روش پرتاب فضاپیماها و حفظ مدارهای آن هاست.
هوش مصنوعی به حفظ اقیانوس‌ها کمک می‌کند
بی تردید هوش مصنوعی یکی از تاثیرگذار ترین و جنجالی ترین فناوری های عصر حاضر است که استفاده از آن پتانسیل سود رسانی زیادی برای اقیانوس ها دارد.
در همین راستا آزمایشگاه علوم اقیانوسی Benioff از ابزارهای هوش مصنوعی برای ارتقای ادراک انسان از اقیانوس و یافتن راه حل هایی برای احیای سلامت آن کمک می گیرد. در حقیقت این آزمایشگاه مرکزی برای حفظ حیات دریایی در دانشگاه کالیفرنیا واقع در سانتاباربارا است.
یکی از ابزارهایی که در این آزمایشگاه به کار می رود SharkEye نام دارد و با استفاده از هوش مصنوعی و پهپادها کوسه های سفید بزرگ را ردیابی جهت تحقیق، حفظ و تعامل ایمن انسان با حیات دریایی ردیابی می کند. در حقیقت محققان از یادگیری ماشینی برای آموزش مدل های رایانش بصری جهت شناسایی کوسه های سفید در ویدئوها استفاده می کنند. پهپادها نیز در فاصله ای استاندارد بر فراز اقیانوس و در اماکنی که محل تولد کوسه های سفید بزرگ در نزدیکی کالیفرنیا به شمار می رود، به پرواز در می آیند.
در مرحله بعد ویدئو روی یک اپلیکیشن خاص آپلود می شود که برای شناسایی، سرشماری و تخمین اندازه کوسه های سفید بزرگ به کار می رود.
دیگر ابزار این آزمایشگاه RiverVision نام دارد که از مدل های رایانش بصری برای دسته بندی و کمی سازی زباله های پلاستیکی و غیره که از رودخانه ها حذف می شوند، به کار می رود. یادگیری ماشینی به مدل های رایانش بصری شناسایی آیتم های زباله ای که از بندری در بالتیمور و ردخانه سن دیه گو در ساحل نیوپورت ایالت کالیفرنیا حذف می شود را می آموزد. با استفاده از داده های دوربین هایی که روی فناوری «چرخ زباله» نصب شده اند، مدل اقلامی مانند بطری های نوشیدنی پلاستیکی، کیسه ها، بسته بندی مواد غذایی و قوطی های آلومینیومی شناسایی می شوند. این داده ها فرصتی برای شناسایی منابع زباله و اطلاع رسانی برای انجام مداخلات لازم جهت جلوگیری از آلودگی بیشتر رودخانه ها و اقیانوس ها را فراهم می کند.همچنین الگوریتم Whale Safe این آزمایشگاه برای ردیابی صدای نهنگ ها در فواصل نزدیک و کاهش خطر برخورد کشتی با آنها به کار می رود.
خداحافظی با عفونت‌های بیمارستانی؟
گروهی از پژوهشگران دانشگاه RMIT موفق شدند پوشش‌های ضدباکتری ساخته شده از پروتئین‌های شبیه‌سازی‌شده رزایلین را ارائه دهند که به طور کامل از اتصال باکتری‌ها به سطوح جلوگیری می کند.
پروفسور نامیتا روی چودری، نویسنده ارشد این مطالعه، گفت: این یافته گامی حیاتی در مسیر ایجاد سطوح هوشمند است که مانع رشد باکتری‌های خطرناک از جمله انواع مقاوم به آنتی‌بیوتیک مانند MRSA روی ایمپلنت‌های پزشکی می‌شود.
علیرغم استریل‌سازی و اقدامات کنترل عفونت، باکتری‌ها معمولاً پس از جراحی روی ایمپلنت‌ها تجمع می‌یابند که می‌تواند منجر به عفونت و نیاز به مصرف آنتی‌بیوتیک شود. با افزایش مقاومت باکتری‌ها به داروهای آنتی‌بیوتیکی، توسعه راهکارهای پیشگیرانه جدید بسیار ضروری است.
رزایلین، پروتئینی طبیعی در حشرات است که به خاطر خاصیت کشسانی فوق‌العاده‌اش شناخته می‌شود و به گروهی از حشرات اجازه می‌دهد در کسری از ثانیه جهش‌هایی بیش از صد برابر ارتفاع بدن خود داشته باشند. این پروتئین علاوه بر انعطاف‌پذیری بالا، از نظر زیست‌سازگاری نیز بسیار مناسب است.
در این پژوهش، انواعی از پوشش‌های ساخته شده از فرم‌های تغییر یافته رزایلین در قالب نانوذرات (کوآسرویت‌ها) ساخته شدند و در آزمایشگاه با باکتری E.coli و سلول‌های پوستی انسان مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که این پوشش‌ها ۱۰۰٪ در دفع باکتری‌ها مؤثر بوده و در عین حال با سلول‌های انسانی سازگارند؛ ویژگی مهمی که برای موفقیت در کاربردهای ایمپلنت قابل استفاده است.
دکتر نیسال واناسینگها، از محققان این مطالعه، بیان کرد: «سطح بالای نانوذرات باعث می‌شود تعامل موثری با غشای منفی بار باکتری‌ها برقرار کرده و با اعمال نیروهای الکترواستاتیک، یکپارچگی غشاء را مختل کنند که منجر به نشت محتویات سلولی و مرگ باکتری می‌شود.»
وی افزود: «برخلاف آنتی‌بیوتیک‌ها که با گذر زمان می‌توانند مقاومت ایجاد کنند، مکانیزم تخریب مکانیکی این پوشش‌ها احتمال شکل‌گیری مقاومت باکتریایی را کاهش می‌دهد.»
همچنین، پروفسور جیتندرا ماتا از سازمان علوم و فناوری هسته‌ای استرالیا (ANSTO) به اهمیت مطالعات مولکولی ساختار این پوشش‌ها اشاره کرده و نقش تجهیزات پیشرفته مانند بازتاب‌سنج‌های نوترونی را در این تحقیق برجسته دانست.
پروفسور نبا دوتا، یکی از نویسندگان، توضیح داد که پروتئین‌های شبیه‌سازی‌شده رزایلین به تغییرات محیطی حساس بوده و می‌توان آن ها را برای کاربردهای متنوعی تنظیم کرد. تیم تحقیقاتی در نظر دارد این پوشش‌ها را برای مقابله با طیف گسترده‌تری از باکتری‌های مضر بهینه‌سازی کند و ترکیبات ضد میکروبی جدیدی را به آن ها اضافه نماید.
برای انتقال این فناوری از آزمایشگاه به کاربردهای بالینی، لازم است ثبات فرمولاسیون، مقیاس‌پذیری تولید، و ایمنی و کارایی آن در آزمایش‌های گسترده تأیید شود، و روش‌های تولید مقرون به صرفه برای توزیع وسیع توسعه یابد.
