علماء يصنعون أول حاسوب مصنوع من أنابيب الكربون النانوية
قد ننظر يومًا ما إلى هواتف آيفون وأجهزة الكمبيوتر المحمولة اليوم على أنها أجهزة ضخمة وثقيلة الوزن، مزودة بشرائح سيليكون قديمة استُبدلت منذ زمن بأنابيب الكربون النانوية. يمكن لعشرات الآلاف من هذه الهياكل الأنبوبية الدقيقة أن تتسع داخل شعرة إنسان، وقد ابتكر العلماء الآن أول حاسوب مصنوع من أنابيب الكربون النانوية، وهي خطوة كبيرة نحو تصغير أجهزتنا الإلكترونية بشكل أكبر.
مع أن هذا الجهاز البسيط لا يُضاهي أجهزة الكمبيوتر الحالية، إلا أنه يعمل بكفاءة. فهو يُشغّل نظام تشغيل أساسيًا، ويمكنه التبديل بحرية بين برنامجين - أحدهما يُحصي في حلقة، والآخر يُفرز الأرقام.
قال ماكس شولاكر، الباحث الرئيسي وطالب الدراسات العليا في الهندسة الكهربائية بجامعة ستانفورد: "هذا ليس حاسوبًا جاهزًا للشراء من متاجر بيست باي. لكن وظائفه لا تزال حاسوبًا متكاملًا". نُشرت الدراسة على الإنترنت يوم الأربعاء في مجلة نيتشر.
أطلق شولكر على الكمبيوتر اسم سيدريك، وهو اختصار تقريبي لـ "الدائرة الرقمية المتكاملة المصنوعة من أنابيب الكربون النانوية".
يُمثل هذا الإنجاز الذي حققه مهندسو جامعة ستانفورد أعقد جهاز إلكتروني على الإطلاق مصنوع من أنابيب الكربون النانوية، وهي بنية أنبوبية من صنع الإنسان، مصنوعة من صفيحة كربون ملفوفة بسُمك ذرة واحدة. وقد دفعت الخصائص الكهربائية والميكانيكية المذهلة للأنابيب الباحثين إلى استكشاف تطبيقاتها المحتملة في الملابس الواقية من الرصاص ، وعلاج السرطان ، والإلكترونيات.
حاليًا، يُعدّ السيليكون المادة الأساسية لتصنيع الرقاقات المستخدمة في أجهزة الكمبيوتر والهواتف. ولكن مع استمرار انكماش أجهزتنا، وصلت دوائر السيليكون إلى حدودها القصوى.
قال سوبهاش ميترا، كبير الباحثين ومهندس الكهرباء في جامعة ستانفورد: "السيليكون مادة رائعة. يصعب التغلب عليها. ولكن عندما يصبح كل شيء صغيرًا جدًا، يصعب الحصول على أداء وكفاءة طاقة عالية من ترانزستورات السيليكون".
كما هو الحال مع الخلايا العصبية في "دماغ" الحاسوب، تُعدّ الترانزستورات العنصر النشط الرئيسي في جميع الأجهزة الإلكترونية الحديثة تقريبًا، ويمكن أن تحتوي شريحة واحدة على مليارات الترانزستورات. قد يعني استخدام أنابيب الكربون النانوية الدقيقة بدلًا من السيليكون ترانزستورات أصغر وأسرع وأكثر كفاءة.
يمكن أن يبلغ قطر أنابيب الكربون النانوية نانومترًا واحدًا. بالمقارنة، يبلغ قطر خيط من الحمض النووي البشري 2.5 نانومتر، وينمو ظفر إصبعك نانومترًا واحدًا تقريبًا كل ثانية.
ومنذ بناء أول ترانزستور من الأنابيب النانوية الكربونية في عام 1998، "كان هناك حلم في أذهان الناس بأننا سنحصل على عصر جديد من الإلكترونيات الرقمية باستخدام هذه الأنابيب النانوية الكربونية"، كما قال ميترا.
لكن الباحثين واجهوا عقبة كبيرة. فقد وجدوا صعوبة بالغة في تصنيع الأنابيب النانوية دون عيوب واضحة قد تُعطّل أي ترانزستور مصنوع منها.
الطريقة الشائعة لصنع الأنابيب النانوية الكربونية هي زراعة غابة منها على رقاقة شبه موصلة تُخبز في غرفة ذات درجة حرارة عالية.
وأضاف ميترا "سوف تحدث تفاعلات كيميائية رائعة، ونتيجة لذلك سوف تنبت أنابيب الكربون النانوية".
ستكون الدفعة المثالية متوازية مع أنابيب الكربون النانوية وخالية من العيوب. لكن الطبيعة الأم تتدخل كثيرًا، كما قال، وفي كثير من الأحيان ينتهي بهم الأمر بوعاء من معكرونة الأنابيب النانوية. حسّنوا تقنيتهم، لكنهم ما زالوا يعانون من بعض العيوب في الهياكل.
حقق ميترا وونغ إنجازًا كبيرًا عندما توقفا عن محاولة صنع دفعات مثالية من الأنابيب النانوية، وركزا بدلًا من ذلك على تصميم دوائر حاسوبية محصنة ضد العيوب. باستخدام خوارزميات ذكية، رتبا دائرتهما بحيث يظل حاسوبهما يعمل حتى في حال وجود بعض الأنابيب النانوية غير المتوافقة.
يحتوي الحاسوب إجمالاً على 178 ترانزستورًا، يتكون كل منها من 10 إلى 200 أنبوب نانوي. تبلغ مساحة الجهاز 6.5 مليمتر مربع فقط، ما يعني أنه يمكن وضع حوالي 40 ترانزستورًا على قطعة معدنية صغيرة. ولكن كما هو الحال في أجهزة الكمبيوتر الحديثة، فإن الذاكرة "خارج الشريحة" وليست مصنوعة من الأنابيب النانوية، وفقًا لشولكر.قال إن الحاسوب يمكن أن يكون أسرع وأقوى وأصغر حجمًا لو بُني في منشأة صناعية بدلًا من مختبر أكاديمي. وأشار شولاكر إلى هذا كأحد أسباب بناء حاسوب أكثر بدائيةً وبساطةً.
المصدر واشنطن بوست.