Cipuri care imită modul în care funcționează creierul uman, inovații tot mai uimitoare în acest domeniu al tehnologiei – iar lucrurile nu se opresc aici, deoarece într-un studiu recent, publicat în prestigioasa revistă Nature Electronics, pe data de 22 august 2022, o echipă de cercetători a reușit să observe faptul că „există un material care are capacități de învățare asemănătoare cu cele ale creierului uman”: dioxidul de vanadiu (VO2) poate „să țină minte” istoricul specific al stimulilor externi care i-au fost aplicați anterior. Acest lucru a fost observat, în principal, din pură întâmplare, așa cum se fac marile descoperiri: în timpul cercetărilor sale privind tranzițiile de fază în dioxidul de vanadiu, Mohammad Samizadeh Nikoo, doctorand în momentul de față la Laboratorul de cercetare în domeniul energiei și al electronicii cu bandă largă, de la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, a făcut această descoperire neașteptată. Atunci când se află în stare relaxată, fără a se aplica stimuli pe acest material, VO2, care are o fază de izolant, suferă o tranziție bruscă de la izolator la metal, în condiții precise de temperatură: 68° C. Este un pas important în această direcție de abordare a tehnologiei materialelor, din moment ce, în ultimii ani, se fac pași tot mai rapizi în acest domeniu.
La această temperatură, structura rețelei sale își schimbă total neașteptat arhitectura. Potrivit lui Samizadeh Nikoo, care a participat la studiu, VO2 are ceea ce poartă denumirea de „memorie volatilă”, deoarece „materialul revine la starea anterioară, cea de izolant, imediat ce este îndepărtat stimulul excitant – temperatura, în cazul de față”. Pentru teza sa de doctorat, el și-a propus să afle care este timpul necesar a fi scurs pentru ca VO2 să treacă dintr-o stare (cea inițială, de izolant) în cealaltă (de metal). Deși asta și-a propus de la bun început, în scurt timp el și-a dat seama că munca sa de cercetare pare să se îndrepte, încet dar sigur, într-o direcție pe care nu ar fi prevăzut-o: după ce a colectat sute de măsurători, cuantificând perioada necesară pentru ca materialul să facă tranziția între cele două stări, a descoperit ceea ce chiar el a denumit „un fel de efect de memorie în structura materialului”. Nu este surprinzător faptul că, în ultima perioadă, există un interes din ce în ce mai mare în ceea ce privește nanotehnologia și abordarea de învățare automată care definește, în mare parte, domeniul inteligenței artificiale.
O descoperire total neașteptată, dar extrem de importantă
Pentru a se ocupa de cercetările sale, Samizadeh Nikoo a administrat un curent electric mostrei sale dioxid de vanadiu. „După cum era de așteptat, curentul s-a deplasat de-a lungul probei pe care am folosit-o, urmând o traiectorie specifică, până când a ieșit pe la extremitatea opusă”, a explicat el. VO2 și-a schimbat starea, totuși, pe măsură ce curentul încălzea proba asupra căruia fusese aplicat. După ce intensitatea curentului s-a pierdut, materialul a revenit la starea inițială. Samizadeh Nikoo a aplicat, ulterior, și un al doilea impuls asupra materialului, și a descoperit că timpul necesar pentru schimbarea stării (tranziția între izolant și metal) era în strâns raport cu istoricul materialului: „VO2 părea «să-și amintească» prima tranziție de fază și, astfel, părea că o anticipează pe cea de-a doua”, explică profesorul Elison Matioli, care se află la conducerea laboratorului în care s-a desfășurat experimentul. „Nu ne așteptam să fim martori ai acestui tip de comportament de «memorie», și nu are nimic de-a face cu stările electronice, ci mai degrabă cu structura fizică a materialului”. După părerea sa, este o descoperire inedită, deoarece, după cum tot el susține, „niciun alt material nu se comportă în acest fel”.
O memorie de scurtă durată, care durează până la trei ore
Amplificând studiile, cercetătorii au descoperit faptul că VO2 „își poate aminti” cel mai recent stimul pentru cel mult o perioadă de trei ore. „Efectul de memorie ar putea, de fapt, să persiste timp de câteva zile, dar în prezent chiar nu dispunem de instrumentele și protocoalele necesare pentru a putea cuantifica, măsura și demonstra acest lucru”, afirmă Matioli. Descoperirea făcută de către echipa de cercetători este semnificativă, deoarece efectul de memorie identificat este, în sine, o proprietate înnăscută a materialului, nu una artificială, „sintetică”. Inginerii fac uz de memorie pentru a finaliza diverse calcule, iar materialele care pot îmbunătăți procesul de calcul prin creșterea vitezei, capacității și a eficienței sunt la mare căutare. În domeniul științei, multe descoperiri esențiale, care au revoluționat lumea, au fost făcute în mod accidental, obiectivele finale ale unui studiu fiind cu totul altele.
VO2 îndeplinește cele trei condiții și, mai mult decât atât, memoria sa continuă și structurală îl distinge de materialele ce se folosesc în mod uzual, materialele tipice care stochează datele sub formă de informații binare în funcție de manipularea stărilor electrice. Cercetătorii au efectuat și o serie de măsurători ce erau necesare pentru a trage anumite concluzii – și-au confirmat rezultatele obținute aplicând noua metodă la diferite materiale, în laboratoare din întreaga lume. Concluzia la care au ajuns este faptul că „descoperirea reproduce foarte fidel ceea ce, în esență, se întâmplă în creier, iar aceste «comutatoare de VO2» funcționează exact ca neuronii”. Există tendințe în materie de tehnologie care, în viitorul cât mai apropiat, vor fi revoluționate de tot ce reușesc oamenii de știință să descopere și, încet dar sigur, ne îndreptăm către apogeul unui sistem tehnologic universal, la care va trebui să ne adaptăm – fie că vrem sau nu.
