कृत्रिम मस्तिष्क नुस्खा: नैनोट्यूब, पॉलीऑक्सोमैटलेट और इलेक्ट्रॉनों का एक चुटकी

दुनिया करीब है, मानव मस्तिष्क विशाल है
(फ्रेडरिक शिलर)।

एक बहुत छोटा, लेकिन अविश्वसनीय रूप से सटीक विचार। आज तक का मानव मस्तिष्क वैज्ञानिकों के लिए एक रहस्य बना हुआ है। हां, हम लंबे समय से जानते हैं कि यह क्या और कैसे काम करता है, कौन सा अनुभाग किन कार्यों के लिए जिम्मेदार है। हालांकि, यह केवल तंत्रिका जीव विज्ञान की मूल बातें हैं। यह कहने के लिए कि मस्तिष्क को हमारे द्वारा समझा जाता है क्योंकि दो दो बार बहुत गलत होना है। और कैसे, अपने स्वयं के मस्तिष्क को समझने के बिना, एक कृत्रिम बनाने की कोशिश करने के लिए? क्या यह मूर्खता है या महत्वाकांक्षी है? और यह मामला ढेर में एकत्र लोहे के टुकड़ों के बारे में नहीं है, जो विद्युत आवेगों को सही जगह पर पहुंचाते हैं, जिससे मानव मस्तिष्क का अनुकरण होता है। यह एक पूर्ण विकसित मस्तिष्क के बारे में है। विज्ञान की दुनिया में ऐसा कुछ बनाने का प्रयास दुर्लभ नहीं है। विज्ञान की दुनिया में, आम तौर पर यह मुश्किल है कि किसी और ने क्या किया है। आज हम आपके साथ एक आणविक न्यूरोमॉर्फिक नेटवर्क उपकरण के कार्यान्वयन के उद्देश्य से अध्ययन करेंगे, जिसमें पॉलीओक्सोमेटलेट के साथ एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब होते हैं। यह बहुत मुश्किल लगता है, लेकिन बहुत दिलचस्प है। चलो चलते हैं।

अध्ययन का आधार

सभी प्रकार के कंप्यूटर प्रौद्योगिकी एक ही सिद्धांत पर काम नहीं करते हैं। नतीजतन, प्रत्येक प्रकार कुछ कार्यों के लिए बेहतर अनुकूल है। मानव मस्तिष्क के काम का अनुकरण करने वाले कंप्यूटर शोधकर्ताओं के लिए रुचि रखते हैं क्योंकि वे कुशलतापूर्वक कम-शक्ति कंप्यूटिंग का प्रदर्शन करने में सक्षम हैं, जो शास्त्रीय प्रणालियों के साथ संभालना अधिक कठिन है।

एआई (कृत्रिम बुद्धिमत्ता) के कई रूपों को समझने वाले विज्ञान कंप्यूटर विज्ञान और इंजीनियरिंग हैं। हालांकि, यह अध्ययन तंत्रिका विज्ञान पर आधारित है, तंत्रिका कनेक्शन, तंत्रिका प्रक्रियाओं और मस्तिष्क समारोह के अध्ययन के कई क्षेत्रों को मिलाता है।

"कृत्रिम मस्तिष्क" की अवधारणा को लागू करने के लिए, यह सीखना आवश्यक है कि कृत्रिम आवेग न्यूरॉन्स कैसे बनाए जाएं जो तंत्रिका आवेगों (इसके बाद की चोटियों) के उद्भव का अनुकरण करेंगे, साथ ही साथ इन चोटियों के जटिल और घने नेटवर्क का निर्माण भी करेंगे।

चोटियों का उपयोग करके तंत्रिका जानकारी को एन्कोडिंग करना शोर और अविश्वसनीय मीडिया के अंदर तंत्रिका झिल्ली (सक्रिय संचरण लाइनों) पर ट्रांसमिशन संचालन करने के लिए एक अत्यंत महत्वपूर्ण तत्व है।

प्रौद्योगिकी के व्यावहारिक अनुप्रयोग को पूरी तरह से समझने के लिए, जो अभी तक पूरी तरह से अध्ययन नहीं किया गया है, अभी भी मुश्किल है, जैसा कि शोधकर्ताओं का कहना है। हालांकि, नेत्रहीन संकेत पृथक्करण * , जलाशय कंप्यूटिंग * , आदि का प्रदर्शन करने के लिए बड़े स्पंदित तंत्रिका नेटवर्क के उपयोग पर उत्कृष्ट परिणाम पहले से ही दिखाई दे रहे हैं।

ब्लाइंड सिग्नल पृथक्करण * - स्रोत के बारे में जानकारी का उपयोग किए बिना मिश्रित लोगों से स्रोत संकेतों के एक सेट को अलग करना।

जलाशय कंप्यूटिंग * एक स्पंदित तंत्रिका नेटवर्क की वास्तुकला है, जिसमें एक आवर्तक जलाशय और आउटपुट न्यूरॉन्स होते हैं।

फिलहाल, न्यूरोमोर्फिक सिस्टम मानव मस्तिष्क की क्षमताओं से बहुत अधिक हीन हैं, क्योंकि वे मुख्य रूप से CMOS * पर आधारित उपकरणों से युक्त होते हैं। CMOS * - पूरक धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक संरचना। बदले में, वैज्ञानिकों ने एक आणविक न्यूरोमोर्फिक नेटवर्क डिवाइस का प्रदर्शन करके इस स्थापित परंपरा को बदलने का फैसला किया, जिसमें एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब के एक नेटवर्क को पॉलीऑक्सोमैटलेट * के साथ जोड़ा गया, जो इस मामले में शास्त्रीय सिलिकॉन के लिए एक प्रतिस्थापन है।


सिंगल लेयर (SWNT) और बहुपरत कार्बन नैनोट्यूब (MWNT)

Polyoxometallate * (POM) एक पॉलीआटोमिक आयन है, आमतौर पर एक आयन है जिसमें तीन या अधिक संक्रमण वाले धातु ऑक्सीयन होते हैं, जो आम ऑक्सीजन परमाणुओं के साथ मिलकर तीन-आयामी रूपरेखा बनाते हैं।

एक एनालॉग न्यूरोमॉर्फिक "मशीन" बनाने के लिए, दो अत्यंत महत्वपूर्ण प्रकार के उपकरणों की आवश्यकता होती है: सिनैप्टिक डिवाइस और तंत्रिका झिल्ली।

सिनैप्टिक डिवाइस, अक्षतंतु के चौराहे पर स्थित है * और तंत्रिका उपकरणों के डेंड्राइटिक * तारों और एक झिल्ली संक्रमण के रूप में कार्य करता है, जिसके आसंजन बल को बनाए रखा जाता है।

एक्सॉन * शरीर की तंत्रिका कोशिका की एक प्रक्रिया है जिसके माध्यम से कोशिका से अंगों और अन्य कोशिकाओं में एक आवेग का संचार होता है।

डेंड्राइट * एक तंत्रिका कोशिका की एक शाखा है जो अन्य तंत्रिका कोशिकाओं के अक्षतंतु से सूचना प्राप्त करती है।

एक न्यूरॉन की संरचना (तंत्रिका कोशिका)

इस सिनोप्टिक डिवाइस में कार्बन नैनोट्यूब का एक नेटवर्क होता है, जिसका उल्लेख पहले किया गया था।

एक तंत्रिका-झिल्ली उपकरण, जो एक न्यूरॉन के कृत्रिम समकक्ष है, आवेगों (चोटियों) का निर्माण करता है और उन्हें एक्सोन और डेंड्राइटिक कनेक्शन के माध्यम से उसी प्रकृति के अन्य उपकरणों तक पहुंचाता है।

एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब का उपयोग इस तथ्य के कारण है कि कार्बन नैनोट्यूब पर आधारित धातु के कंडक्टर बड़े गतिशील शोर के साथ बड़े विद्युत शोर उत्पन्न करते हैं। इसके अलावा, एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब में अणुओं के सोखना * के आधार पर विभिन्न चालकताएं होती हैं।

सोखना * दो चरणों के बीच इंटरफेस में विलेय की एकाग्रता को बढ़ाने की एक सहज प्रक्रिया है।

संपूर्ण प्रायोगिक उपकरण का आधार पॉलीऑक्सोमेटालेट्स की श्रेणी से एक पदार्थ था - फॉस्फेट डोडेकोमोलीब्डेनम एसिड ( एच ₃ पीएमओ ₁₂ ओ ₄₀ ; इसके बाद केवल पीएमओ ₁₂ ), जो कि अत्यधिक उन्मुख पायरोलाइटिक ग्रेफाइट * पर प्रतिवर्ती मल्टी-इलेक्ट्रॉन रेडॉक्स गुण * , इलेक्ट्रॉनिक सार्वभौमिकता और नकारात्मक अंतर प्रतिरोध * का प्रदर्शन करता है।

रेडॉक्स गुण * - इलेक्ट्रॉनों का एक परमाणु से दूसरे में स्थानांतरण। देने वाला परमाणु ऑक्सीकरण होता है, और प्राप्त परमाणु कम हो जाता है।

नकारात्मक विभेदक प्रतिरोध * (NDR) प्रतिरोध का एक प्रकार है, यदि सर्किट के माध्यम से प्रवाह होता है, तो यह बढ़ता है और वोल्टेज कम हो जाता है।

अत्यधिक उन्मुख पाइरोलाइटिक ग्रेफाइट * - इस अध्ययन में सब्सट्रेट है। इसमें अच्छी चालकता और प्रतिबिंब है।

उपरोक्त सभी को एक ढेर में एकत्र करने के बाद, हमें एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब और पॉलीओक्सोमेटलेट पर आधारित एक उपकरण मिलता है, जिसमें पीएमओ ₁₂ अणुओं के घने और जटिल नेटवर्क से मिलकर एक स्पंदित तंत्रिका नेटवर्क का अनुकरण होता है।

स्पष्टता के लिए, प्रयोगों और प्रारंभिक गणना के साथ उनकी तुलना के परिणाम, शोधकर्ताओं ने आणविक यौगिकों के एक दो आयामी मॉडल पर विचार करने का प्रस्ताव किया है।

प्रयोग के परिणाम

चित्र संख्या 1

छवि 1 ए में, हम एक परमाणु बल माइक्रोस्कोप (एएफएम) की एक तस्वीर देखते हैं, जो एक सिलिकॉन सब्सट्रेट पर पॉलीओक्सोमेटालेट के साथ संयोजन में एकल-दीवार वाले नैनोट्यूब की संरचना को दर्शाता है। संरचनात्मक तत्वों का व्यास कई नैनोमीटर से अधिक नहीं है, और संरचना की कुल मोटाई 10 एनएम है।

ग्राफ 1 बी मापा वर्तमान और वोल्टेज विशेषताओं को दर्शाता है। चूँकि परमाणु बल माइक्रोस्कोप नियंत्रक का स्वीप वोल्टेज स्थिर और अत्यंत क्षणिक था, इसलिए माप प्रारंभिक जाँच के रूप में किए गए थे।

हम ग्राफ में कई चोटियों का निरीक्षण कर सकते हैं, यह दर्शाता है कि अध्ययन के तहत डिवाइस के नकारात्मक अंतर प्रतिरोध की विशेषताओं के कारण पूर्वाग्रह वोल्टेज में वृद्धि हुई है, जिससे सुचारू रूप से वृद्धि नहीं हुई है।


चित्र संख्या 2

छवि 2 ए का इरादा नेटवर्क संरचना है। पीले क्यूबोड्स अंत इलेक्ट्रोड हैं, काली ट्यूब SWNT हैं, और बैंगनी डॉट्स पोम कण हैं।

2 बी एक निर्मित SWNT / POM नेटवर्क डिवाइस का एक फोटोमोग्राफोग्राफ है जिसमें इलेक्ट्रोड के बीच अलग-अलग रिक्ति के साथ कई अंत इलेक्ट्रोड (छवि में 1-6) होते हैं।

अध्ययन में दो नमूने शामिल थे:

ए - इथेनॉल के साथ इलाज किया;
बी - आसुत जल के साथ इलाज किया।

छवि 2c में रेखांकन नमूना ए में वर्तमान परिवर्तन हैं पूर्वाग्रह वोल्टेज में 0 वी से 125 वी तक एक स्टेपवाइज वृद्धि के साथ।


चित्र संख्या 3

ग्राफ 3 ए इलेक्ट्रोड 1 और 2 के बीच के अंतर में नमूना ए के वर्तमान-वोल्टेज की विशेषता * दिखाता है। यहां हम एनडीआर चोटी (लाल तीर) को 125 और 150 वी पूर्वाग्रह वोल्टेज के बीच देखते हैं। इन आंकड़ों को कमरे के तापमान पर 100 की औसत बिजली लाइन चक्र और 60 हर्ट्ज बिजली लाइन के साथ हवा में एकत्र किया गया था।

वोल्ट-एम्पीयर विशेषता * - इसके वोल्टेज पर विद्युत सर्किट की वर्तमान की निर्भरता।

जब पूर्वाग्रह वोल्टेज को 150 वी तक बढ़ाया गया था, तो वर्तमान अस्थिर हो गया। इस मामले में, गैर-गौसियन वितरण उत्पन्न हुआ, जिससे एक आवधिक / एपेरियोडिक वर्तमान की पीढ़ी हो गई। यदि वोल्टेज 150 वी से बहुत अधिक सेट है, तो पूरी प्रणाली अस्थिर हो जाती है। ग्राफ 3 बी में, उत्पन्न होने वाले विद्युत आवेगों के कारण यह स्पष्ट रूप से दिखाई देता है। उनकी आवृत्ति एक अतिरिक्त चार्ट (लाल रंग में हाइलाइट) पर दिखाई देती है।

इलेक्ट्रोड 1 और 2 के बीच के अंतर में नमूना बी की वर्तमान वोल्टेज विशेषता ग्राफ 3 सी में दिखाया गया है। यदि पूर्वाग्रह वोल्टेज 80 V से अधिक है, तो हिस्टैरिसीस होता है, एनडीआर और वर्तमान अस्थिरता की विशेषताओं का प्रदर्शन करता है। यदि वोल्टेज 80 V से नीचे था, तो नमूना में आयनों के त्वरित हस्तांतरण के कारण घातक अस्थिरता नहीं देखी गई थी, जिसे आसुत जल (नमूना बी ) के साथ इलाज किया गया था। नमूना ए में ऐसा कोई प्रभाव नहीं था, क्योंकि यह इथेनॉल के साथ इलाज किया गया था।

3 डी ग्राफ एक पूर्वाग्रह वोल्टेज = 80 वी पर वर्तमान दिखाता है। यहां आप आवधिक / एपेरियोडिक वर्तमान उतार-चढ़ाव (लगभग 25 हर्ट्ज) और यादृच्छिक विद्युत दालों के संकेत देख सकते हैं।

अगला, हमें पॉइंकेरे रेखांकन दिखाया गया है, जिस पर हम लागू बायस वोल्टेज ( 3e ) में अंतर देख सकते हैं और नैनोट्यूब ( 3f ) पॉलीओक्सोमेटलेट के कणों के एकाग्रता का अनुपात।

ग्राफ 3e में इनसेट दिखाता है, एक उदाहरण के रूप में, दालों का एक छोटा अनुक्रम, जहां t _n nth पीक अंतराल है। इस सूचक ने पॉइंकेयर ग्राफ बनाने के लिए आधार के रूप में कार्य किया। प्रत्येक बिंदु इसके इंटर-पीक अंतराल (t _n , t _n +1) से मेल खाता है, जो बाद में नेत्रहीनता को अराजकता से अलग करता है।

चार्ट 3 ई पर फिर से नज़र डालते हैं। सभी बिंदु जो अलग-अलग पूर्वाग्रह वोल्टेज पर अंतर-अंतराल हैं, वे स्व-समान वस्तुओं के गुणों का प्रदर्शन नहीं करते हैं * । इससे पता चलता है कि उत्पन्न दालों का क्रम पूरी तरह से यादृच्छिक था।

स्व-समानता * - जब किसी वस्तु का एक हिस्सा आंशिक या पूरी तरह से वस्तु के समान होता है:

यह ध्यान देने योग्य है कि यादृच्छिकता और अराजकता पूरी तरह से अलग चीजें हैं। वास्तव में, गणित या भौतिकी में "अराजकता" शब्द का वही अर्थ नहीं है जो हमें रोजमर्रा के स्तर पर समझने के लिए उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, गणित में, अराजकता तब होती है जब एक प्रणाली निर्धारित की जाती है, अर्थात्, इस प्रणाली के परिणाम सख्ती से इसे प्रभावित करने वाले कारकों पर निर्भर करते हैं। यह पता चला है कि अराजकता एक गड़बड़ नहीं है, लेकिन एक निश्चित प्रकार का सिस्टम ऑर्डरिंग है, अगर यह बहुत अतिरंजित है।

फॉस्फेट डोडेकोलिबोब्डेनम एसिड (एच ₃ पीएमओ ₁₂ ओ ₄₀ )

एक अप्राप्य नाम के साथ एक पदार्थ के रासायनिक विश्लेषण से पता चला कि पीएमओ ₁₂ 24 इलेक्ट्रॉनों तक "स्टोर" कर सकता है, जो निश्चित रूप से अणु की संरचना में कुछ बदलावों की ओर जाता है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि एक आणविक यौगिक की चालकता इलेक्ट्रॉनिक और संरचनात्मक स्थिति के आधार पर भिन्न होती है, और इससे कनेक्शन क्षेत्र में विद्युत शोर की उपस्थिति होती है।

शोधकर्ताओं ने अन्य वैज्ञानिकों द्वारा प्रदर्शित इस समस्या को हल किया। अगर हम अणुओं पर चालकता और कमी * द्वारा अणुओं पर स्विच करने की विधि लागू करते हैं, तो विद्युत प्रवाह की कमजोर चालकता के अनुपात 1 वी से कम के पूर्वाग्रह वोल्टेज पर भी 1000 से अधिक होगा।

कमी * - ऑक्साइड (ऑक्सीकरण के एंटीपोड) से कमी।

इस अवलोकन का उपयोग मॉडल बनाने में भी किया गया था, जिसकी चर्चा इस अध्ययन में की गई है। जब पीएमओ ₁₂ अणुओं में इलेक्ट्रॉनों की संख्या उनकी अधिकतम संख्या से अधिक हो जाती है, तो पॉलीओक्सोमेटलेट अणुओं और नैनोट्यूब के बीच चालकता कमजोर से मजबूत में बदल जाती है।

नतीजतन, कई इलेक्ट्रॉनों को रखने के लिए अणु के लिए, इंटरमॉलिक्युलर कंपाउंड की चालकता कम होनी चाहिए। यदि इसके लिए बहुत अधिक शुल्क हैं, तो पूरे परिसर में एक प्रभावशाली संभावित अंतर होगा, जो निम्न से उच्च चालकता के लिए संक्रमण का कारण होगा।

जब एक अणु द्वारा अवशोषित इलेक्ट्रॉनों को अत्यधिक प्रवाहकीय यौगिक के माध्यम से छुट्टी दी जाती है, तो वे सबसे बड़ी क्षमता वाले पड़ोसी अणु में स्थानांतरित हो जाते हैं। यदि यह अणु भी इलेक्ट्रॉनों के साथ "नेत्रगोलक के लिए पैक" है, तो सिस्टम के पूरे नेटवर्क में एक श्रृंखला प्रतिक्रिया होती है। मानव शरीर में इसी तरह की श्रृंखला प्रतिक्रियाएं होती हैं। अपनी उंगली को एक ठंडी सतह पर स्पर्श करें, स्पर्शशील रिसेप्टर्स ठंड के बारे में जानकारी प्राप्त करेंगे और तंत्रिका नेटवर्क के माध्यम से इसे आपके मस्तिष्क में स्थानांतरित करेंगे। सीधे शब्दों में कहें, यह जानकारी आपकी उंगली की नोक से आपके "पर्सनल कंप्यूटर" तक आपके सिर में जाएगी, और यह सब 120 m / s तक की गति से होगा।

उपसंहार

इस अध्ययन ने यह प्रदर्शित किया है कि कुछ विशेष परिस्थितियों में, नैनोस्ट्रक्चर के साथ संयोजन में विशिष्ट पदार्थों का उपयोग, एक जीवित जीव के तंत्रिका तंत्र के कामकाज का अनुकरण कर सकता है। उनके रासायनिक, विद्युत प्रवाहकीय, आणविक गुणों के आधार पर इस तरह के घटकों का एक सत्यापित चयन, हमें एक ऐसी प्रणाली बनाने की अनुमति देगा जो एच ₃ पीएमओ ₁₂ ओ ₄₀ अणुओं के सुपरसैट के कारण इलेक्ट्रॉनों को एक तत्व से दूसरे में स्थानांतरित कर सकता है। "पुल" जिसके बीच में एकल-दीवार वाले कार्बन नैनोट्यूब हैं।

हम क्लाउड लॉक का निर्माण नहीं करेंगे और हम सीधे कहेंगे कि उपरोक्त प्रणाली बेहद अस्थिर है और इसे अभी तक ध्यान में नहीं लाया गया है। हालाँकि, यह एक नई (हालांकि पिछले कई अध्ययनों और यहां तक ​​कि विज्ञान कथा साहित्य में भी) कंप्यूटर प्रौद्योगिकी के प्रकार के निर्माण की दिशा में एक बड़ा कदम है। ऐसी मशीनें क्लासिक कंप्यूटरों को बदलने में सक्षम नहीं होंगी, कम से कम जल्द नहीं, लेकिन कुछ विशिष्ट कार्यों पर काम करने के लिए उपयोग किया जाएगा। या हो सकता है कि एक न्यूरोमॉर्फिक कंप्यूटर कंप्यूटर प्रौद्योगिकी का मानक बन जाएगा और सही ढंग से "कृत्रिम बुद्धिमत्ता" का शीर्षक ले जाएगा। समय बताएगा। इस बीच, हम इस तरह के अध्ययन की निगरानी करना जारी रखेंगे, हर बार इस तरह की अवधारणा को लागू करने के लिए अधिक से अधिक गैर-मानक तरीकों पर आश्चर्यचकित होंगे।

मैं दृढ़ता से अनुशंसा करता हूं कि आप अपने आप को वैज्ञानिकों की रिपोर्ट से परिचित कराएं, जो माप के तरीकों के बारे में विस्तार से बताता है, साथ ही अध्ययन के तहत न्यूरोमोर्फिक नेटवर्क के मॉडल के सेलुलर ऑटोमैटन भी।

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