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“纳米级微型电脑”问世 其工作原理类似人脑 |
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| http://cn.newmaker.com
3/13/2008 9:12:00 PM
佳工机电网
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 据国外媒体报道，世界上最强大的“计算机”应当是人类大脑，日前。科学家设计一种仅由十几个微型纳米级分子构成的微型电脑模仿大脑是如何工作的。
迄今为止，这种微型纳米电脑的运算速度是正常计算机晶体管的16倍，研究人员声称，最终这项发明将实现比正常计算机晶体管运算速度快1000倍。负责研制该微型装置的科学家指出，它不仅能作为超级计算机的基础，还可控制复杂装置的元件，如：“微型医疗师”或“微型制造厂”等。
微型纳米电脑是由四甲基对苯醌(duroquinone)材料构成，四甲基对苯醌的形状是六边形圆盘上连接着4个圆锥细胞。日本筑波市国立材料科学研究所的外籍人工智能和分子电子学科学家安尼尔班·班德尤帕德亚伊(Anirban Bandyopadhyay)解释称，在显微镜下这种纳米材料看上去就像小汽车。
四甲基对苯醌的直径小于1纳米，它比可见光波长还要小数百倍。在这种微型纳米电脑中共由17个四甲基对苯醌分子构成，其中1个四甲基对苯醌位于其他16个分子的围绕中心，整体装置都放置在一个金表面。
微型纳米电脑如何工作
该微型纳米电脑操作时，科学家通过一个非常锋利的带电传导针对放置在中心的四甲基对苯醌进行电脉冲调节，由于电脉冲强度的不同，纳米分子和其上的4个圆锥细胞将出现多种方式的变化。由于中心位置的分子与周围的16个分子存在微弱的化学关联性，当中心分子受到电脉冲调节而变化时，其他的16个分子也出现了变化。可以想像一下，这就像是由16根蜘蛛丝构成的蜘蛛网上，1只蜘蛛位于中心，当它向某一个方向移动时，16根蜘蛛丝也会产生微弱的变化，变化的方向都不相同。
按照这种方法，中心四甲基对苯醌分子的电脉冲可向周围16个分子传送不同的指令。研究人员称这项设计的灵感来源于人类的大脑细胞，大脑细胞呈现树状放射分支形状，每一个分支都可用于与其他分支细胞进行沟通。
班德尤帕德亚伊称，正是大脑细胞的分支状结构连接才使大脑运算思考能力非常强大。由于四甲基对苯醌拥有4个圆锥细胞，本质上就有4个不同的方向。这个中心分子还同时控制其他16个分子，从算术上计算：一个电脉冲信号可以实现4的16次方个不同结果，也就是近43亿种结果。与之对比，正常计算机晶体管仅能够执行一种指令，仅有两种不同设置：0和1。这意味着一个电脉冲信号仅有两种不同结果。
结合式工作
一种观点是将这种微型纳米电脑与其他分子或装置相结合。比如：研究人员建造一个仅由分子构成的主机，或者像过去十年时那样大的主机，将电脑主机与发动机、推进器、转换装置、电梯、传感器等结合在一起。这种最新设计的微型分子电脑将提供一种控制其他混合装置的方法，使它们有机地结合成一个整体。班德尤帕德亚伊和研究同事表示，他们可以利用微型纳米电脑与其他8种混合装置结合，工作起来就像是一个微型工厂。
班德尤帕德亚伊称，微型分子电脑还可用于控制复杂装配分子仪器的元件。今后的应用可用于医药科学领域。他说，“设想装配这样的分子仪器并植入血液中，或许能够摧毁人体内的瘤细胞。”
日前，微型纳米电脑所使用的非常锋利的带电传导针是扫描隧道显微镜的附件，扫描隧道显微镜明显比微型纳分子要大许多，在微型纳米电脑上使用这种带电传导针并不是理想首选。班德尤帕德亚伊希望未来使用分子代替带电传导针实现对微型纳米电脑的控制。
微型纳米电脑需要在真空状况下零下196摄氏度极寒冷的条件下制成，然而班德尤帕德亚伊声称，该装置却能在室温条件下正常工作。
二维向三维的突破性升级
班德尤帕德亚伊强调称，他们可以将微型纳米电脑从二维16分子环状结构扩展至三维1024分子球状结构。这意味着同时执行1024个指令，一个信号可执行4的1024次平个结果。其运算速度也将大幅度提升。
班德尤帕德亚伊和同事的这项研究成果发表在3月10日出版的《国家科学研究院学报》上。
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