ÚC – Các nhà khoa học tại Đại học Monash (Monash University) đã tạo ra một loại chip siêu nhỏ, hoạt động tương tự như các đường dẫn thần kinh của não bộ con người, có khả năng mở ra cánh cửa cho một thế hệ máy tính mới.

Với kích thước gần bằng một đồng xu, loại chip này được chế tạo từ một vật liệu hữu cơ – kim loại (MOF – metal–organic framework) (*) được thiết kế đặc biệt và dẫn các ion qua những đường dẫn siêu nhỏ, mô phỏng cơ chế đóng/ ngắt của các bóng bán dẫn điện tử trong máy tính. Nhưng không giống như các chip máy tính thông thường, nó có thể ghi nhớ các tín hiệu trước đó, mô phỏng tính dẻo (**) của các tế bào thần kinh trong não bộ.
(*) Vật liệu MOF: là một loại vật liệu vi xốp (kích thước nano) với cấu trúc mạng lưới và có thể điều chỉnh được. Vật liệu MOF được sử dụng để tạo ra các đường dẫn siêu nhỏ, mô phỏng các kết nối thần kinh.
(**) Tính dẻo: là khả năng các nơ-ron trong não thay đổi các chúng phản hồi dựa trên những tín hiệu đã nhận được  trước đó. Khi một tín hiệu xuất hiện lặp đi lặp lại, kết nối thần kinh sẽ trở nên mạnh hơn. Ngược lại, khi tín hiệu ít xuất hiện, kết nối thần kinh có thể yếu đi. Đây là cơ chế giúp não học hỏi, ghi nhớ và thích ứng với môi trường.

Giáo sư danh dự Sir John Monash và nghiên cứu sinh ARC Laureate Huanting Wang, đồng tác giả chính và Phó giám đốc Trung tâm đổi mới màng Monash (Monash Centre for Membrane Innovation), đã nhấn mạnh tiềm năng của các vật liệu nano xốp được thiết kế cho các thiết bị thế hệ tiếp theo.

Giáo sư Wang chia sẻ: “Lần đầu tiên, chúng tôi đã quan sát thấy sự dẫn truyền phi tuyến bão hòa (1) của các proton trong một thiết bị nano – chất lỏng (nanofluidic) (2). Điều này mở ra những cơ hội mới cho việc thiết kế các hệ thống iontronic có khả năng ghi nhớ và thậm chí là học hỏi”.
(1) Dẫn truyền phi tuyến bão hòa (saturation nonlinear conduction): đây là hiện tượng quan sát được. Phi tuyến: là dòng điện không tỷ lệ thuận với điện áp áp dụng (không tuân theo định luật Ohm đơn giản). Bão hòa: là dòng điện đạt đến một giá trị tối đa và không tăng thêm nữa ngay cả khi điện áp tăng. Phi tuyến và bão hòa, mô phỏng cách các kênh ion trong tế bào thần kinh sinh học hoạt động. Các kênh ion sinh học thường đóng/ ngắt ở các ngưỡng cụ thể và có giới hạn dẫn truyền, đây chính là cơ sở cho việc xử lý tín hiệu thần kinh.
(2) Thiết bị nano – chất lỏng: là thiết bị sử dụng các kênh dẫn chất lỏng có kích thước nanomet (giống như các lỗ xốp trong vật liệu MOF). Ở kích thước này, các định luật vật lý thay đổi, cho phép kiểm soát chất lỏng và ion một cách tinh vi.

Giáo sư Wang nói tiếp: “Nếu chúng ta có thể thiết kế các vật liệu chức năng như MOF với độ dày chỉ vài nanomet, chúng ta có thể tạo ra các chip chất lỏng tiên tiến có khả năng bổ sung hoặc thậm chí khắc phục một số hạn chế của chip điện tử hiện nay.”

Để chứng minh tiềm năng của nó, nhóm nghiên cứu đã chế tạo một mạch chất lỏng nhỏ với nhiều kênh MOF. Phản ứng của chip đối với các sự thay đổi điện áp đã mô phỏng hoạt động của các bóng bán dẫn điện tử, đồng thời cho thấy các hiệu ứng ghi nhớ có thể được sử dụng trong tương lai cho các hệ thống lưu trữ dữ liệu dựa trên chất lỏng hoặc các hệ thống máy tính lấy cảm hứng từ não bộ.

Đồng tác giả chính, Tiến sĩ Jun Lu, từ khoa kỹ thuật hóa học và sinh học thuộc đại học Monash, cho biết sự phát triển này là một bước tiến lớn hướng tới các máy tính có khả năng suy nghĩ giống con người hơn, bằng cách sử dụng mạch chất lỏng thay vì mạch rắn.

Tiến sĩ Lu chia sẻ: “Chip của chúng tôi có thể kiểm soát có chọn lọc dòng chảy của proton và ion kim loại, đồng thời ghi nhớ những thay đổi điện áp trước đó, tạo thành một dạng bộ nhớ ngắn hạn”.

Tiến sĩ Lu nói tiếp: “Điều thực sự làm cho thiết bị của chúng tôi trở nên đặc biệt chính là cấu trúc phân cấp của nó, cho phép nó kiểm soát proton và ion kim loại theo những cách hoàn toàn khác nhau. Loại vận chuyển ion có chọn lọc, phi tuyến này chưa từng được thấy trước đây ở cấp độ nano – chất lỏng (nanofluidics).”

Để xem các tin bài khác về “Chip”, hãy nhấn vào đây.

 

Nguồn: Electronics Online