Исследователи из Института нанотехнологий MESA+ и университета Твенте, Нидерланды впервые изготовили работоспособные электронные схемы, использовав радикально новые методы, весьма напоминающие принципы эволюционного развития, описанные Чарльзом Дарвином. Размеры компонентов этих электронных схем сопоставимы с размерами компонентов, изготовленных традиционными способами, но по своей сути эти компоненты находятся намного ближе к сетям естественного происхождения, к которым относится и головной мозг человека. И эта новая технология может стать основой будущих электронных устройств, имеющих более широкие возможности, высокую производительность и отличающихся низким количеством потребляемой энергии.
Электронные схемыОтметим, что появление компьютеров стало одним из самых главных достижений 20-го века, буквально определившим дальнейший путь развития науки и технологий. В последние десятилетия компьютеры обрели потрясающую вычислительную мощность, а количество транзисторов на кристаллах их микропроцессоров уже исчисляется сотнями миллионов и миллиардами. Однако, в настоящее время наблюдается снижение темпов роста вычислительных мощностей процессоров, обусловленное рядом ограничений физического и технологического плана, и дальнейшее развитие вычислительной техники должно начать идти несколько в ином направлении. Одним из таких направлений является создание электронного аналога мозга человека, который способен решать параллельно ряд невероятно сложных задач, затрачивая на это лишь незначительную долю энергии, требующейся любому из современных суперкомпьютеров.
Подход к изготовлению электроники, использованный учеными из Нидерландов, основан на методах, позаимствованных из живой природы. Основу этого подхода составляют сети из золотых наночастиц, организованных для решения определенных задач. Такой подход не требует процессов разработки электронных схем, как это делается в случае традиционной электроники, что сразу позволяет избежать дорогостоящих ошибок, допускаемых на этапе проектирования.
Искусственные эволюционные процессы, реализованные учеными, происходят максимум в течение часа, а не требуют миллионов лет, как это происходит в природе. Последовательности из управляющих электрических сигналов могут заставить определенный участок сети наночастиц самостоятельно перестроиться и сформировать схему из 16 различных логических элементов. При этом, дефекты материала, которые имеют фатальные последствия по отношению к обычной электронике, могут быть обращены в функциональные части создаваемой логической сети.
Сеть золотых наночастиц
Конечно, схемам с 16 элементами еще очень далеко до сложности схем не то, что микропроцессоров, но и большинства базовых цифровых микросхем. Однако, данное достижение является первым случаем в истории науки, когда электронные схемы были изготовлены при помощи эволюционных методов. Использование такой гибкой электроники, которая сможет перестраиваться буквально «на лету», позволит решать в будущем задачи, сложность которых не позволяет решать их даже самым мощным суперкомпьютерам или требует для этого огромных затрат энергии и времени. Кроме этого, электронные приборы, основанные на сетях умных наночастиц, могут использоваться и во множестве других областей, включая медицину, биологию и носимую малогабаритную электронику.
