Beyin benzeri bilgisayarlar perovskitlerden inşa edilebilir mi?

The Economist dergisinin 18 Şubat 2026 tarihli "Brain-like computers could be built out of perovskites" (Beyin benzeri bilgisayarlar perovskitlerden inşa edilebilir) başlıklı makalesi, yapay zeka ve bilgisayar donanımı dünyasında devrim yaratma potansiyeli taşıyan yeni bir gelişmeyi ele alıyor.
Yazının genişletilmiş Türkçe özeti ve ana hatları şu şekildedir:

1. Temel Sorun: Von Neumann Darboğazı ve Enerji Krizi

Geleneksel bilgisayarlar (bugün kullandığımız PC'ler, telefonlar ve yapay zeka sunucuları), von Neumann mimarisi adı verilen bir yapıya dayanır. Bu yapıda, verileri işleyen bir işlemci (CPU/GPU) ve verileri saklayan ayrı bir bellek (RAM) birimi bulunur. Verilerin sürekli olarak bu iki birim arasında gidip gelmesi (shuttling), hem çok ciddi bir zaman kaybına hem de muazzam bir enerji tüketimine yol açar.
Günümüz yapay zeka modellerinin (ChatGPT gibi) devasa veri merkezlerine ihtiyaç duymasının ve yüksek miktarda elektrik tüketmesinin temel nedeni budur. Oysa insan beyni, veriyi işleme ve depolama işini aynı yerde (sinapslar ve nöronlar aracılığıyla) yaparak bir bilgisayardan milyonlarca kat daha az enerji harcar.

2. Çözüm Arayışı: Nöromorfik Bilgisayarlar ve Memristörler

Bilim insanları, insan beyninin bu verimli çalışma şeklini taklit eden nöromorfik (beyin benzeri) bilgisayarlar geliştirmek istiyorlar. Bu sistemlerin kalbinde ise memristör adı verilen bileşenler yer alıyor. Memristörler, üzerinden geçen elektrik akımına göre elektrik direncini "hatırlayabilen" ve böylece hem hafıza hem de işlem yeteneğini tek bir donanımda birleştiren yapay sinapslardır.

3. Sahneye Perovskit Malzemelerin Çıkışı

Bugüne kadar memristör yapımında genellikle metal oksitler veya faz değiştiren malzemeler kullanılıyordu. Ancak son dönemde yapılan araştırmalar (özellikle makalede bahsi geçen Groningen Üniversitesi'nden Jeroen de Boer gibi araştırmacıların çalışmaları), uzun süredir güneş panellerinde devrim yaratması beklenen perovskit kristal yapılı malzemelerin nöromorfik bilgisayarlar için mükemmel bir alternatif olduğunu gösteriyor.
Perovskitlerin Avantajları Nelerdir?

• İyonik ve Elektronik İletkenlik: Perovskitler, yapıları gereği hem elektronların hem de iyonların (atomların) malzeme içinde kolayca hareket etmesine izin verir. İyonların bu hareketliliği, elektrik direncinin kontrol edilebilir şekilde değişmesini sağlar. Bu durum, biyolojik sinapsların ve nöronların çalışma prensibine (iyon kanallarının açılıp kapanmasına) olağanüstü derecede benzer.
• Işığa Duyarlılık (Optoelektronik): Perovskitler mükemmel ışık emicilerdir. Bu sayede bu malzemeden yapılan çipler sadece elektriksel sinyallere değil, aynı zamanda optik (ışık) sinyallerine de yanıt verebilir. Bu durum, hem elektrik hem de ışıkla öğrenen "hibrit" yapay sinapsların önünü açar.
• Düşük Enerji Tüketimi: Perovskit tabanlı yapay nöronlar ve sinapslar, biyolojik beyne benzer şekilde çok düşük voltajlarda ve "rastlantısal tetikleme" (stochastic spiking) yöntemiyle çalışarak enerji tüketimini minimuma indirir.

4. Aşılması Gereken Engeller ve Yeni Üretim Teknolojileri

Perovskitlerin bilgisayar çiplerinde kullanılmasının önündeki en büyük engel, bu malzemelerin standart mikro-fabrikasyon (çip üretim) teknikleriyle işlenmesinin zor olmasıydı. Hassas yapıları nedeniyle yüksek yoğunluklu çiplere entegre edilemiyorlardı.
Ancak güncel çalışmalar (2026 yılındaki doktora tezleri ve akademik başarılar), perovskitleri mikro ölçekli, arkadan temaslı (back-contacted) mimarilere entegre edebilen ölçeklenebilir üretim yöntemlerinin geliştirildiğini gösteriyor. Bu yeni yöntem sayesinde perovskitler artık büyük nöromorfik ağlar oluşturacak şekilde çiplere basılabiliyor.

5. Gelecekte Bizi Ne Bekliyor?

Yapılan simülasyonlar ve laboratuvar testleri, perovskit tabanlı ağların özellikle görüntü ve video verilerini işlemede (nöromorfik kameralar, el yazısı tanıma, nesne takibi) inanılmaz derecede başarılı ve verimli olduğunu ortaya koyuyor.
Ek olarak, kurşun bazlı perovskitlerin toksisite riskine karşı kurşunsuz (Antimon veya Bizmut bazlı) perovskit alternatifleri üzerinde de çalışılıyor.

Özetle Makalenin Mesajı:

Yapay zekanın geleceği, elektrik faturasını yetiştiremediğimiz devasa veri merkezlerinde değil; insan beyni gibi çalışan, veriyi sakladığı yerde işleyen ve bunu yaparken perovskit gibi yenilikçi malzemeler kullanan ultra verimli çiplerde yatıyor. Perovskitler, güneş enerjisinden sonra şimdi de bilgisayar donanımı dünyasında yeni bir çağ başlatmaya hazırlanıyor.

https://www.economist.com/science-and-technology/2026/02/18/brain-like-computers-could-be-built-out-of-perovskites

Çipleri Yapay Zekâ Tasarlıyor, İnsanlar Anlamıyor: Ancak Çipler Kusursuz Çalışıyor

Çipleri Yapay Zekâ Tasarlıyor, İnsanlar Anlamıyor: Ancak Çipler Kusursuz Çalışıyor

Geleneksel olarak bilgisayar çipleri ve devreleri, bilim insanları ve mühendisler tarafından önceden bilinen kalıplar ve tasarım şablonlarıyla oluşturulur. Ancak Princeton Üniversitesi ve IIT Madras’tan araştırmacıların yürüttüğü yeni bir çalışma, bu klasik yöntemi tersine çeviren devrim niteliğinde bir yaklaşım sundu.

Yeni yöntem “tersine tasarım” (inverse design) adını taşıyor: Önce çipin sahip olması istenen özellikler tanımlanıyor, ardından yapay zekâ bu özellikleri sağlayacak tasarımı kendi kendine oluşturuyor.

Sonuç ise şaşırtıcı: Yapay zekânın tasarladığı çipler son derece iyi çalışıyor, ancak tasarımları o kadar alışılmadık ve karmaşık ki, insan mühendisler bile neden bu kadar verimli olduklarını tam olarak anlayamıyor.

---

Yapay Zekâ Başrolde: Kablosuz Çiplerde Yeni Çağ

Çalışma, özellikle 5G, radar ve gelişmiş algılama sistemlerinde kullanılan yüksek frekanslı kablosuz çipler üzerine yoğunlaştı. Bu tür çiplerin geliştirilmesi normalde uzun süren, çok sayıda deneme-yanılma ve uzman bilgi gerektiren bir süreçtir.

Yeni yaklaşım ise bu süreci kökten değiştiriyor:

• Geleneksel yöntem “aşağıdan yukarıya”: küçük parçalardan başlanır, zamanla geliştirilir.
• Yapay zekâ destekli yöntem “yukarıdan aşağıya”: hedeflenen işlev en başta belirlenir, tasarım doğrudan bu hedefe göre şekillenir.

Araştırmacılar, yapay sinir ağlarını (CNN) kullanarak devre geometrisi ile elektromanyetik davranış arasındaki karmaşık ilişkileri anlamayı başardı. Bu sayede sistem, klasik tasarımlardan tamamen farklı yapılar önerebilir hale geldi.

Örneğin:

• Çift frekansta çalışan kompakt antenler tasarlandı.
• Dakikalar içinde yüksek hassasiyetli filtreler oluşturuldu (normalde günler süren işler).

Bu da telekomünikasyon, otonom sistemler ve radar teknolojilerinde büyük bir hızlanma ve yenilik potansiyeli anlamına geliyor.

---

İnsan Akıl Sınırlarını Aşan Tasarımlar

En çarpıcı sonuçlardan biri, yapay zekânın ortaya çıkardığı tasarımların alışılmışın çok dışında olması.

• Devreler “rastgele” gibi görünen, karmaşık yapılara sahip.
• Bu yapılar, insan mühendislerin hayal edemeyeceği düzeyde yüksek performans sağlıyor.

Geleneksel yöntemle sinyal akışı tek tek parçalar birleştirilerek kontrol edilirken, yeni yapılar çok daha farklı fiziksel özellikler kazandırıyor. Artık tasarım seçenekleri sınırsız hale geliyor.

Bu yaklaşım gelecekte sadece RF çiplerinde değil, klasik bilgisayar çiplerinden kuantum bilgisayarlarına kadar pek çok alana yayılabilir.

---

İnsan ve Yapay Zekânın Rolü

Araştırmacılar, bu teknolojinin insan mühendislerin yerini alması için değil, onların üretkenliğini artırması için geliştirildiğini vurguluyor:

• Yapay zekâ rutin ve zaman alan işleri üstlenirken,
• İnsanlar yaratıcılık ve yenilik gerektiren alanlara odaklanabilecek.

ABD’de Ulusal Yarı İletken Teknoloji Merkezi bu çalışmayı desteklemek için yaklaşık 10 milyon dolarlık bir fon ayırdı.

---

Yeni Sorular: “Kara Kutu” Tasarımlar

Bu gelişme beraberinde ciddi sorular da getiriyor:

• Neden çalıştıklarını anlamadığımız sistemlere ne kadar güvenebiliriz?
• Hata durumunda ne olur? Nasıl düzeltilir?

Yapay zekâ tasarımlarının büyük bölümü “kara kutu” gibidir; nasıl o sonuca vardıkları tam olarak bilinmez. Bu da özellikle otonom araçlar, tıbbi cihazlar veya iletişim altyapıları gibi kritik alanlarda öngörülemeyen arızalara veya güvenlik açıklarına yol açabilir.

Ayrıca, bu teknolojiye aşırı bağımlılık, insan tasarım bilgisinin zamanla körelmesine neden olabilir. Bu yüzden geleceğin tasarım dünyasında insan kontrolü ve denetimi hayati önem taşımaya devam edecek.

---

Sonuç

Bu araştırma, mühendislik dünyasında bir dönüm noktası niteliğinde:

• Yapay zekâ artık yalnızca tasarımı hızlandırmıyor,
• Aynı zamanda insanların hayal edemeyeceği yepyeni çözümler de sunuyor.

Fakat bu yenilik, tasarımların anlaşılamaz olması gibi yeni riskleri de beraberinde getiriyor. Gelecek, insan ve yapay zekânın ortak üretkenliğinde şekillenecek gibi görünüyor.

---

Kaynak: Emir Ali Karahan ve ark., Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54178-1

Sadece 90°C’de Üretilen Esnek Optoelektronik Cihaz

Sadece 90°C’de Üretilen Esnek Optoelektronik Cihaz: Düşük Sıcaklık, Yüksek Performans!

Kore Malzeme Bilimi Enstitüsü (KIMS)'nden Dr. Jung-Dae Kwon liderliğindeki araştırma ekibi, ileri düzey optoelektronik cihazların üretiminde çığır açabilecek bir başarıya imza attı. Ekip, yalnızca 90°C’lik düşük sıcaklıkta, çok az kusur içeren amorf silikon tabanlı esnek bir optoelektronik cihaz üretmeyi başardı. Bu bulgular, prestijli Advanced Science dergisinde yayımlandı.

🚀 Neden Önemli?

Geleneksel optoelektronik cihazlar genellikle 250°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda üretilir. Bu da ısıya duyarlı esnek yüzeyler üzerinde yüksek performanslı cihazların üretimini büyük ölçüde sınırlar. Oysa günümüzün giyilebilir teknolojileri, bükülebilir sensörler ve esnek görüntüleme sistemleri, düşük sıcaklıkta üretilebilen ama yüksek performanslı cihazlara ihtiyaç duyar.

KIMS araştırmacıları, bu zorluğu hidrojen seyreltme oranını hassas şekilde kontrol ederek aştı. Böylece yüksek sıcaklık olmadan da yüksek kaliteli ince filmler üretilebildi.

---

🔬 Teknolojik Atılımın Temel Unsurları

1. Hidrojen Seyreltme Oranı Kontrolü

Üretim sürecinde silan (SiH₄) gazı ile hidrojen gazı karıştırılarak kullanılan hidrojen seyreltme oranı, cihazın yapısal ve elektriksel kalitesini doğrudan etkiler. Bu oran, plazma destekli kimyasal buhar biriktirme (PECVD) sürecinde kütle akış kontrolörleriyle (mass flow controllers) hassas biçimde ayarlandı.

2. Hidrojen Pasivasyonu

Amorf silikon içinde doğal olarak oluşan yapısal kusurlar ve boşluklar, cihaz performansını düşürür. Araştırmacılar, bu kusurları hidrojen atomlarıyla pasivize ederek hem taşıyıcı hareketliliğini artırdı hem de elektriksel performansı önemli ölçüde yükseltti.

3. Fotoresist Katman Kullanımı

Esnek cihazların üretiminde kullanılan fotoresist (PR) katmanı, aktif bölgelerin hassas biçimde oluşturulmasını sağladı. Ayrıca bu katman, işlem sonrası kolaylıkla temizlenebilir olduğundan, karmaşık plazma ile aşındırma (plasma etching) işlemlerine ihtiyaç kalmadı. Bu da üretim sürecini basitleştirdi ve maliyeti düşürdü.

---

🧪 Performans ve Dayanıklılık Testleri

• Fotosensitivite (%96): Yeni geliştirilen cihaz, yüksek sıcaklıkta üretilen muadillerine kıyasla yalnızca %4 oranında daha düşük ancak son derece yüksek fotosensitiviteye sahip.

• Bükülme Testi: Cihaz, 5 mm yarıçapla yapılan 2.700’den fazla bükülme testinden sonra bile performans kaybı göstermedi. Bu, cihazın mekanik dayanıklılığının ve uzun ömürlülüğünün kanıtı olarak öne çıkıyor.

---

🎯 Uygulama Alanları ve Gelecek Perspektifi

Bu düşük sıcaklıkta üretim tekniği, özellikle şu alanlarda devrim yaratabilecek potansiyele sahip:

• Giyilebilir elektronik cihazlar
• Esnek görüntü sensörleri
• Optik sensör sistemleri
• Sağlık takibi yapan bükülebilir medikal cihazlar
• Akıllı tekstiller

🗣️ Dr. Jung-Dae Kwon’un Açıklaması:

“Bu teknoloji, yüksek sıcaklıklara ihtiyaç duymadan yüksek kaliteli ince filmler ve optoelektronik cihazlar üretilebileceğini gösteriyor. Hassas hidrojen kontrolü sayesinde, maliyeti düşük ama performansı yüksek cihazlar geliştirmenin önü açıldı.”

---

📘 Kaynak Makale:

Jeong, Y., et al. (2025). Tailoring Hydrogenation to Enhance Defect Suppression and Charge Transport in Hydrogenated Amorphous Silicon for Flexible Photodetectors. Advanced Science.
DOI: 10.1002/advs.202504199

---

🔍 Sonuç

Koreli araştırmacılar, sadece üretim sıcaklığını düşürmekle kalmadı; aynı zamanda cihazların mekanik dayanıklılığı ve elektriksel performansında da gözle görülür bir başarı elde etti. Bu gelişme, düşük maliyetli, esnek ve yüksek kaliteli optoelektronik teknolojilerin yaygınlaşmasını sağlayacak önemli bir dönüm noktası olabilir.

https://techxplore.com/news/2025-08-flexible-optoelectronic-device-minimal-defects.html#google_vignette

Hızlı Şarj Olan Lityum-Kükürt (Li–S) Pilleri: Özet

Hızlı Şarj Olan Lityum-Kükürt (Li–S) Pilleri:  Özet

Giriş: Neden Lityum-Kükürt Pilleri?

Yenilenebilir enerji ve elektrikli araçlara olan artan talep, daha yüksek enerji yoğunluğu sunan yeni nesil batarya teknolojilerine ilgiyi artırmıştır. Lityum-kükürt pilleri (LSB), düşük maliyetle nasılsın nasılsın nasılsın ve çevre dostu kükürt kullanmaları ve teorik olarak oldukça yüksek kapasite (1672 mAh/g) sunmaları nedeniyle bu alanda öne çıkmaktadır. Ancak LSB’lerin ticari olarak yaygınlaşmasını engelleyen temel sorunlar vardır:

• Polysülfitlerin (LiPS) çözünmesi ve shuttle etkisi
• Tepkime kinetiğinin yavaş olması
• Lityum dendritlerinin oluşumu
• Elektrotların hacimsel değişimi ve yapısal kararsızlık

Özellikle hızlı şarj gereksinimi (2C ve üzeri oranlarda şarj/deşarj), bu zorlukları daha da derinleştirmektedir.

---

Temel Mekanizmalar: LSB Nasıl Çalışır?

LSB’ler, bir lityum metal anodu, bir kükürt katodu, bir ayırıcı ve organik elektrolitten oluşur. Deşarj sırasında S8, sırasıyla Li2S8, Li2S6, Li2S4, Li2S2 ve sonunda Li2S'ye dönüşür. Şarj sırasında bu dönüşüm tersine işler. Bu çok aşamalı redoks süreçte:

• Üst voltaj plato (yaklaşık 2.3 V): S8 → Li2Sx (x=4-8)
• Alt voltaj plato (yaklaşık 2.1 V): Li2S4 → Li2S2 → Li2S

Yüksek C oranlarında (hızlı şarjda), bu voltajlar düşer ve kapasiteler azalır. Voltaj histerezisi artar, enerji verimliliği düşer.

---

Hızlı Şarjı Engelleyen Başlıca Sorunlar

Makale, aşağıdaki 6 temel soruna odaklanmaktadır:

1. Yavaş tepkime kinetiği: Redoks süreçler yavaş ilerler.
2. Zayıf iletkenlik: Elektron ve Li⁺ iyonu taşıma yeterli değildir.
3. Polysülfit shuttle etkisi: Kapasite kaybına neden olur.
4. Anotta dendrit oluşumu: Güvenlik riski taşır.
5. Arayüz bozulması: Yüksek direnç ve performans düşüşü.
6. Sistemsel kısıtlamalar: Isı yönetimi, modüler tasarım, ölçeklenebilirlik vb.

---

Hızlı Şarj İçin Stratejiler

1. Malzeme Tasarımı ve Katalizör Kullanımı

• Karbon nanotüpler, grafen, gözenekli karbon yapılar: Elektron transferini hızlandırır.
• Metal oksitler, tek atomlu katalizörler (SACs): LiPS dönüşümünü hızlandırır.
• Doplama (N, S, O, P): Katalitik aktivite ve iletkenliği artırır.

2. Katot Mühendisliği

• Katotun gözenekliliği, tortuositesi ve yapısal stabilitesi dikkatle optimize edilmelidir.
• CNT+grafen kombinasyonları, 3D iletken çerçeveler önerilmektedir.
• Elektrospinning, biyokömür ve karbonizasyon ile üretim teknikleri çeşitlendirilebilir.

3. Ayrılayıcı (separator) Modifikasyonu

• Polysülfit geçişini önleyen kaplamalar (karbon, MOF vb.) kullanılır.
• İyon iletimini optimize ederken shuttle etkisini baskılar.

4. Elektrolit Tasarımı

• Eter bazlı, yüksek konsantrasyonlu ve katı hal elektrolitler test edilmektedir.
• Elektrolit katkı maddeleri (örneğin LiNO₃) SEI stabilitesi sağlar.
• Shuttle etkisini azaltan yeni çözücüler önem kazanmıştır.

5. Arayüz Mühendisliği

• Katmanlar arası direnç azaltılmalı, yüzey reaksiyonları kontrol altına alınmalıdır.
• Yapay SEI tabakaları, iletken kaplamalar ve fonksiyonel interkatmanlar kullanılabilir.

6. Sistem Düzeyinde Optimizasyon

• Isıl yönetim: Hızlı şarjda oluşan ısı pasif ve aktif yöntemlerle dağıtılmalı.
• Batarya yönetim sistemi (BMS): Gerilim, akım, sıcaklık izlenmeli.
• Modüler tasarım: Hücrelerin termal ve elektriksel optimizasyonu yapılmalı.

7. Bütüncül Yaklaşımlar ve Sinerji

• Katalizör+katot, ayırıcı+katalizör, elektrolit+katkı gibi bileşik stratejiler en etkili sonuçları verir.
• Heteroyapılar ve fonksiyonel kompozitler daha yaygın kullanılmaktadır.

---

Sonuç ve Gelecek Perspektif

Makale, hızlı şarj edilebilen LSB’lerin elektrikli araçlar ve taşınabilir elektronikler için büyük potansiyele sahip olduğunu vurgular. Ancak, bu teknolojinin ticarileşmesi için hem malzeme bazında derinlemesine inovasyon, hem de sistem düzeyinde mühendislik çözümleri gereklidir.

İndiyum Selenid (InSe), yarı iletken malzemeler

İndiyum Selenid (InSe), yarı iletken malzemeler arasında son yıllarda oldukça ilgi gören bir bileşiktir. Özellikle iki boyutlu (2D) malzeme çalışmaları ve elektronik uygulamalarda potansiyel vaat etmektedir. İşte bu malzeme hakkında bazı temel bilgiler:

Fiziksel ve Kimyasal Özellikler

• Yapısı: İndiyum Selenid, tabaka yapısına sahip bir malzemedir ve van der Waals bağları ile bir arada tutulan tabakalardan oluşur. Bu, kolayca ince tabakalara ayrılabilmesini sağlar.
• Elektriksel Özellikler: Geniş bir yasak enerji bandına (band gap) sahip olup, yarı iletkenlik özelliği gösterir. Band gap değeri, fazına ve kristal yapısına bağlı olarak 1.2–1.8 eV arasında değişebilir.
• Termal Kararlılık: Termal olarak kararlı bir malzemedir, ancak hava ile temas ettiğinde oksitlenme eğilimi gösterebilir.

Uygulama Alanları

1. Elektronik ve Optoelektronik:

   • InSe, transistörler, sensörler ve fotodedektörler gibi cihazlarda kullanılmaktadır.
   • Yüksek mobiliteye sahip olması, hızlı ve verimli elektronik cihazlar için uygun bir malzeme yapar.
   • İnce tabakaları, esnek elektroniklerde ve giyilebilir teknolojilerde kullanılma potansiyeline sahiptir.

2. Fotovoltaik ve Enerji Uygulamaları:

   • Geniş yasak enerji bandı sayesinde güneş panelleri gibi fotovoltaik uygulamalarda verimli bir malzeme olarak öne çıkar.
   • Işık emme özellikleri, düşük maliyetli ve yüksek verimli güneş hücreleri üretimi için araştırılmaktadır.

3. Sensör Teknolojisi:

   • Gaz algılama ve biyosensör uygulamalarında kullanımı, yüzey özelliklerinin ayarlanabilirliği nedeniyle yaygınlaşmaktadır.

4. 2D Malzeme Araştırmaları:

   • Grafen, molibden diselenid (MoSe₂) gibi diğer 2D malzemelerle kombinasyon halinde heteroyapılar oluşturmak için çalışılmaktadır.

Avantajları ve Zorlukları

Avantajlar:

• İnce tabaka teknolojileriyle uyumluluk.
• Esnek, hafif ve düşük maliyetli üretim potansiyeli.
• Optik ve elektronik özelliklerinin uygulamaya göre ayarlanabilir olması.

Zorluklar:

• Çevresel stabilite sorunu, oksidasyon eğilimi.
• Yüksek kaliteli kristal üretim süreçlerinin karmaşıklığı.
• Ticari üretime yönelik süreçlerin geliştirilmesi gerekliliği.

Sonuç

İndiyum Selenid, hem temel bilimsel araştırmalar hem de endüstriyel uygulamalar için umut vaat eden bir malzeme. Gelecekte, bu malzemenin optoelektronik cihazlarda ve 2D elektroniklerde önemli bir rol oynayacağı düşünülmektedir. Özellikle esnek elektronikler ve fotovoltaik sistemler alanındaki gelişmeler, InSe'nin kullanımını artırabilir.

Elektronik Dövmelerle (EEG) Beyin Aktivitesi Takibi

Elektronik Dövmelerle Beyin Aktivitesi Takibi

Bilim insanları, elektronik geçici dövmeler kullanarak beyin dalgalarını ölçebilen yeni bir teknoloji geliştirdi. Bu yöntem, epilepsi, nöbet ve beyin tümörleri gibi nörolojik hastalıkların teşhisinde geleneksel elektroensefalografi (EEG) testlerine göre daha hızlı ve pratik bir alternatif sunuyor.

EEG testlerinde genellikle teknisyenler, kişinin kafa derisini işaretleyip elektrotları yapıştırarak bir cihazla beyin aktivitesini kaydeder. Ancak bu süreç oldukça zahmetlidir ve yaklaşık 1-2 saat sürer. Ayrıca, yapıştırıcı kuruduğundan elektrotların düzenli kontrol edilmesi gerekir.

Yeni teknoloji, kafa derisine iletken bir mürekkep püskürten bir robot kullanıyor. Bu mürekkep, kafa derisinde 30 mikrometrelik ince bir film oluşturuyor. Geleneksel elektrotlar gibi bu dövmeler de beyin aktivitesindeki elektriksel değişiklikleri algılayabiliyor.

Yapılan bir çalışmada, bu elektronik dövmelerin, geleneksel EEG ile aynı doğrulukta beyin dalgalarını ölçtüğü ve kafa derisinde en az bir gün boyunca kalabildiği gözlemlendi. EEG elektrotları ise genelde altı saat sonra düşmeye başlıyor. Dövmeler, alkol mendilleri veya şampuanla kolayca temizlenebilirken, EEG yapıştırıcısının çıkarılması daha zordur.

Araştırmacılar, bu dövmelerin farklı saç uzunlukları ve cilt tiplerinde de etkili olup olmadığını incelemeyi planlıyor. Gelecekte, dövmelere kablosuz veri iletici ekleyerek sistemi tamamen taşınabilir hale getirmek hedefleniyor.

Karbon nanotüpleri ile yapılan TPU

Çinli bilim insanları, karbon nanotüpleri kullanarak geleneksel silikon yarı iletkenler yerine bir tür özel çip geliştirdi. Bu çip, yapay zeka (YZ) modellerini daha enerji verimli hale getirebilir. Karbon nanotüpler, karbon atomlarının altıgen bir desende düzenlendiği silindirik yapılardır ve elektriği düşük dirençle iletme özelliğine sahiptir.

Yeni nesil işlemci türü olan bu tensör işleme birimi (TPU), yalnızca 295 mikrowatt enerji tüketiyor ve watt başına 1 trilyon işlem gerçekleştirebiliyor. TPU’nun tasarımında, işlemcilerin ızgara şeklinde düzenlendiği "sistolik dizi" mimarisi kullanıldı. Bu mimari, verileri eş zamanlı olarak işlemciler arasında senkronize bir şekilde ileterek birden fazla hesaplamayı aynı anda gerçekleştirebiliyor.

Araştırmacılar, bu TPU’yu beş katmanlı bir yapay sinir ağı üzerinde test ederek görüntü tanıma görevlerini gerçekleştirdi. TPU, yalnızca 295 mikrowatt enerji tüketerek %88 doğruluk oranına ulaştı. Karbon nanotüp tabanlı bu yeni teknoloji, gelecekte silikon çiplere kıyasla daha enerji verimli bir alternatif sunabilir.

Araştırma, 22 Temmuz’da Nature Electronics dergisinde yayımlandı. Bilim insanları, bu çipin performansını artırmak ve ölçeklenebilirliğini geliştirmek için çalışmalarına devam etmeyi planlıyor.

Cryo-CMOS transistör nedir?

Cryo-CMOS transistörler, çok düşük sıcaklıklarda (genellikle birkaç kelvin civarında) çalışmak üzere tasarlanmış ve optimize edilmiş elektronik bileşenlerdir. 

Bu tür transistörler, geleneksel CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) teknolojisine dayanır ancak düşük sıcaklık ortamlarına özel olarak modifiye edilir. İşte cryo-CMOS transistörler hakkında bazı önemli noktalar:

1. Kullanım Alanları

Kuantum Bilgisayarlar: Cryo-CMOS teknolojisi, kuantum bilgisayarların kontrol ve okuma devrelerinde kullanılmaktadır. Kuantum bitlerin (qubit) çalıştırılması ve yönetimi, genellikle çok düşük sıcaklıklarda gerçekleştirilir.

Astrofizik ve Uzay Teknolojileri: Düşük sıcaklık ortamlarında çalışması gereken hassas ölçüm cihazlarında kullanılır.

Yüksek Hassasiyetli Ölçümler: Özellikle cryogenic sıcaklıklarda minimum gürültü ve maksimum doğruluk gerektiren uygulamalarda tercih edilir.

2. Avantajları

Düşük Enerji Tüketimi: Düşük sıcaklıklarda çalıştıkları için enerji kayıpları minimum seviyededir.

Daha Az Termal Gürültü: Çok düşük sıcaklıklar, termal gürültüyü azaltarak daha hassas elektronik devrelerin çalışmasını sağlar.

Daha Hızlı Geçişler: Elektronların düşük sıcaklıklarda daha az dağılması nedeniyle transistörler daha hızlı çalışabilir.

3. Teknik Zorluklar

Malzeme Uyumluluğu: Standart CMOS teknolojisindeki bazı malzemeler düşük sıcaklıklarda beklenen performansı göstermeyebilir. Bu nedenle özel malzeme seçimi gereklidir.

Üretim Maliyetleri: Cryo-CMOS bileşenlerin üretimi, standart CMOS teknolojisine göre daha pahalıdır.

Soğutma Gereksinimi: Bu tür transistörlerin çalışabilmesi için kriyojenik soğutma sistemleri gereklidir, bu da ek bir maliyet ve karmaşıklık getirir.

4. Gelecekteki Potansiyeli

Cryo-CMOS teknolojisi, kuantum bilgi işlem gibi alanlarda kritik bir role sahiptir. Kuantum bilgisayarların geniş çapta benimsenmesi ve diğer düşük sıcaklık uygulamalarındaki ilerlemeler, bu teknolojinin gelişimini hızlandıracaktır.

Eğer cryo-CMOS transistörler hakkında daha spesifik bir sorunuz varsa ya da belirli bir açıdan incelemek isterseniz, detaylı bilgi verebilirim.

Quantum bilgisayarların çalışması

Quantum computing, klasik bilgisayarlardan farklı olarak, kuantum mekaniği prensiplerine dayanır ve verileri işlemek için qubit adı verilen temel bilgi birimlerini kullanır. İşleyişi şu şekilde özetleyebiliriz:

1. Qubit (Kuantum Bitleri)

Klasik bilgisayarlarda bilgi "0" ve "1" bitleriyle temsil edilirken, kuantum bilgisayarlarda qubit'ler aynı anda hem "0" hem de "1" değerini alabilir. Bu özellik süperpozisyon olarak adlandırılır. Süperpozisyon, bir qubit'in olasılık dağılımı olarak birden fazla durumda olabilmesine olanak tanır.

2. Süperpozisyon

Bir qubit, süperpozisyon sayesinde aynı anda birçok farklı hesaplama yapabilir. Bu, klasik bilgisayarların aynı anda sadece tek bir durumu işleyebilmesine karşılık, kuantum bilgisayarların aynı anda çok sayıda durumu hesaplayabilmesini sağlar.

3. Dolanıklık (Entanglement)

Qubit'ler arasında dolanıklık adı verilen bir durum oluşabilir. Dolanıklık, iki veya daha fazla qubit'in durumlarının birbirine bağlı hale gelmesi anlamına gelir. Bir qubit'in durumu ne olursa olsun, dolanık olduğu diğer qubit'in durumu anında etkilenir, bu da veri işlemeyi hızlandırır ve karmaşık problemleri çözmeye olanak tanır.

4. Kuantum Kapıları

Klasik bilgisayarlarda olduğu gibi kuantum bilgisayarlar da çeşitli kapılar kullanarak veri işleme yaparlar, ancak kuantum kapıları daha güçlüdür ve farklı kurallara göre çalışır. Bu kapılar, qubit'lerin süperpozisyon ve dolanıklık durumlarını manipüle eder.

5. Ölçüm

Kuantum hesaplamanın sonunda qubit'lerin durumu ölçülür, ancak ölçüm sırasında qubit'in süperpozisyonu çöker ve yalnızca "0" veya "1" durumu gözlemlenir. Bu da, kuantum bilgisayarların çıktısının klasik bilgisayarlarda işlenebilir hale gelmesini sağlar.

6. Paralellik

Süperpozisyon ve dolanıklık sayesinde, kuantum bilgisayarlar aynı anda birçok durumu hesaplayabildiğinden, bazı karmaşık problemleri klasik bilgisayarlardan çok daha hızlı çözebilir.

Kuantum Bilgisayarların Avantajları:

Büyük verilerin işlenmesi,

Karmaşık problemlerin hızlı çözülmesi (şifreleme, simülasyonlar, optimizasyon),

Klasik algoritmaların çözemediği problemlere alternatif çözümler üretme.

Ancak, kuantum bilgisayarlar henüz emekleme aşamasında ve genel kullanım için tam olarak geliştirilmiş durumda değil.

SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) nedir?

SQUID (Superconducting Quantum Interference Device), son derece hassas manyetik alan ölçümleri yapmak için kullanılan bir cihazdır. Süperiletken özelliklerini ve kuantum mekanik prensipleri bir araya getirir. SQUID'ler, biyomanyetik ölçümlerden radyoastronomiye, jeofizik araştırmalardan kuantum hesaplamaya kadar birçok alanda kullanılır.

Nasıl Çalışır?

1. Süperiletken Döngü ve Josephson Bağlantıları:

SQUID, iki süperiletken halkadan (veya bazen tek bir halkadan) oluşur ve bu halkalar Josephson Bağlantıları adı verilen süperiletken olmayan ince bir yalıtkan katmanla ayrılır. Josephson Bağlantısı, süperiletkenler arasında kuantum tünelleme etkisiyle süper akımın geçmesine izin verir ve bu süreç Josephson etkisi olarak adlandırılır.

2. Manyetik Alanın Algılanması:

SQUID cihazı manyetik alanları algılayabilmek için süperiletken döngüdeki manyetik akının değişimine dayanır. Manyetik alan bu süperiletken döngüye girdiğinde, döngüdeki süper akımda kuantum mekaniğine dayalı bir değişim meydana gelir. Josephson bağlantılarındaki voltaj, manyetik alanın etkisiyle osilasyon gösterir. Bu voltaj değişimleri, manyetik alanın büyüklüğüne ve yönüne duyarlıdır.

3. Kuantum Faz İnterferansı:

SQUID, adından da anlaşılacağı üzere kuantum girişim (interferens) prensibine dayanır. Süperiletken halkalar üzerindeki kuantum faz farkı, manyetik alanın şiddetiyle doğrudan ilişkilidir. Bu faz farkı, SQUID’in çıkışında gözlemlenebilecek voltaj salınımlarını oluşturur. Bu girişim deseni, manyetik alanın ne kadar güçlü olduğunu yüksek hassasiyetle ölçmemizi sağlar.

4. DC ve RF SQUID:

DC SQUID: Genellikle iki Josephson bağlantısı olan bir halka kullanır. Doğrudan akım (DC) süperiletken halkadan geçer ve manyetik alan değişikliklerine duyarlı hale gelir. Bu tür SQUID'ler daha düşük manyetik alanları tespit etmek için kullanılır.

RF SQUID: Tek bir Josephson bağlantısı ile çalışır ve radyo frekans (RF) salınımları kullanılarak ölçüm yapılır. Bu tip, genellikle jeofizik ölçümlerde kullanılır.

Kullanım Alanları:

Tıp: SQUID'ler, manyetik alanları çok hassas bir şekilde ölçebildikleri için beyin ve kalp gibi organlardan kaynaklanan zayıf manyetik sinyalleri tespit etmekte kullanılır. Bu tür uygulamalar "magnetoensefalografi" (MEG) ve "magnetokardiyografi" (MCG) olarak adlandırılır.

Fizik ve Araştırma: Kuantum hesaplama, süperiletkenlik ve diğer ileri düzey fiziksel fenomenlerin araştırılmasında kullanılır. SQUID’ler, çok zayıf manyetik alanları ölçmek için ideal bir cihazdır.

Jeofizik: Dünya'nın manyetik alanının çok hassas ölçümleri için kullanılır. Maden aramaları veya volkanik aktivitelerin izlenmesinde faydalıdır.

Radyoastronomi: Uzaydan gelen zayıf radyo sinyallerini ölçmek için radyo teleskoplarında SQUID teknolojisi kullanılır.

Özet:

SQUID, süperiletkenlik ve kuantum girişim prensiplerine dayalı olarak çalışan, çok zayıf manyetik alanları ölçme kapasitesine sahip son derece hassas bir cihazdır. Josephson etkisi ve kuantum faz girişimi sayesinde, SQUID'ler nanotesla seviyesindeki manyetik alanları bile algılayabilir. Bu özellikleriyle, bilimsel araştırmalardan tıbbi uygulamalara kadar geniş bir kullanım yelpazesi vardır.

Kapasitörlerin elektrik depolama kapasitesinin kısıtlı olmasının nedenleri

Kapasitörlerin elektrik depolama kapasitesinin kısıtlı olmasının birkaç temel nedeni vardır:

1. Yüzey Alanı ve Dielektrik Malzeme: Kapasitörler, iki iletken plaka arasında yer alan dielektrik (yalıtkan) bir malzeme sayesinde elektrik depolarlar. Kapasitenin büyüklüğü, plakaların yüzey alanına ve bu plakalar arasındaki dielektrik malzemenin özelliklerine bağlıdır. Ancak plakaların yüzey alanı sınırlı olduğundan ve dielektrik malzemelerin belirli bir kapasitesi olduğundan, depolanan elektrik enerjisi miktarı kısıtlıdır.

2. Gerilim Sınırları: Kapasitörler, plakalar arasındaki elektrik alanı tutar, ancak bu elektrik alanı çok yüksek olduğunda dielektrik malzeme arızalanabilir (delinme gerilimi), bu da kapasitörün bozulmasına neden olur. Bu yüzden kapasitörlerde uygulanabilecek maksimum gerilim sınırlıdır, bu da enerji depolama kapasitesini sınırlar.

3. Enerji Yoğunluğu: Kapasitörler, genellikle enerji yoğunluğu düşük cihazlardır. Bu, birim hacimde depolayabildikleri enerji miktarının sınırlı olduğu anlamına gelir. Piller gibi elektrokimyasal cihazlar, kimyasal reaksiyonlar yoluyla daha fazla enerji depolayabildikleri için genellikle daha yüksek enerji yoğunluğuna sahiptirler.

4. Sızıntı Akımları: Kapasitörlerde uzun süreli enerji depolama söz konusu olduğunda, dielektrik malzeme mükemmel bir yalıtkan olmadığı için küçük sızıntı akımları meydana gelir. Bu da depolanan enerjinin zamanla azalmasına neden olur.

Bu sebeplerle kapasitörler, yüksek güç taleplerine karşı hızlı enerji sağlama kabiliyetine sahip olmalarına rağmen, uzun süreli veya büyük miktarlarda enerji depolamak için verimli değillerdir.

Superkapasitörler Pillerin Yerini Alır mı?

Superkapasitörler Pillerin Yerini Alır mı?

Yeni bir araştırma, enerji bilimcilerine süperkapasitörleri tasarlamada daha iyi bir yol sunabilir. Kapasitörler, devre elemanlarıdır ve süperkapasitörler bu elemanları batarya benzeri bir tasarımda kullanır. Piller, enerjiyi kimyasal reaksiyonlarla taşır ve bu süreç zamanla bozulabilir.

Modern dünya, cep telefonları, elektrikli araçlar, scooterlar ve bisikletler dahil, birçok cihazın batarya şarjına dayanıyor. Şarj edilebilir bataryalarda iyonlar bir uçtan diğerine hareket eder ve bu süreç tersine çevrildiğinde batarya tekrar şarj olur.

Özel malzemelerden üretilen süperkapasitörler, bu büyük batarya pazarını dönüştürebilir. Yeni bir araştırma, süperkapasitörleri incelemek için yeni bir model sunuyor ve bilim insanlarına bu yeni batarya yaklaşımını anlamak için daha iyi bir yöntem sağlıyor.

Tipik bir bataryada, iyonlar bataryanın içinde hareket eder, elektronlar elektrik akımı oluşturur ve bu süreç sonunda batarya tükenir. Şarj edilebilir bataryalarda, iyonlar elektronlarını geri kazanarak tekrar şarj döngüsüne girer.

Süperkapasitör ise batarya tasarımını kapasitör fiziğiyle birleştiren yeni bir konsepttir. Kapasitörde, iki iletken malzeme arasında bir yalıtkan bulunur ve enerji bu yalıtkan sayesinde birikir. Süperkapasitörde ise enerji, yüzeyde bir elektrik alanında birikir ve bu süreç kimyasal reaksiyonlar olmadan gerçekleştiği için enerji tasarrufu sağlar ve aşınmayı önler.

Bu yeni model, süperkapasitörlerin daha hızlı enerji depolama ve salınımını sağlamak için daha verimli tasarımlar oluşturulmasına olanak tanıyabilir.

https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.2401656121

THz yönlendirici silikon çip.

Terahertz ışınlarını yönlendiren çip, geleceğin ultra hızlı internetine zemin hazırlıyor

6G ve XG kablosuz iletişim için çok bağlantılı THz topolojik yönlendirici silikon çip.

Terahertz iletişim teknolojileri, internetin hem çok daha hızlı hem de daha güvenilir olmasını sağlayacak. Bu yenilikler, 6G gibi gelecek nesil ağlarla kablosuz iletişimi dönüştürecek. Araştırmacılar, bu amaçla bir silikon topolojik yönlendirici çip geliştirdiler.

Terahertz frekansları, 6G'nin temelini oluşturuyor ve telekomünikasyon şirketleri bu teknolojiyi 2030’a kadar hayata geçirmeyi planlıyor. Şu anki kablosuz ağlarda kullanılan radyo frekansı spektrumu giderek dolarken, terahertz dalgaları daha boş bir alan olan mikrodalgalar ve kızılötesi arasındaki frekansları kullanıyor. Bu yüksek frekanslar, geleceğin veri yoğun uygulamaları için ideal olan devasa veri miktarlarını taşıyabiliyor.

Geliştirilen çip, bir terahertz sinyalini 54 küçük sinyale bölüyor ve bunları 184 küçük kanaldan yönlendiriyor. Her bir ışın, saniyede 40 ila 72 gigabit hızında veri iletebiliyor ki bu hız, günümüzün 5G ağlarından çok daha yüksek. Çip, yapay zeka yardımıyla, terahertz dalgaları için mikro boyutta bir petek desenine sahip olacak şekilde tasarlandı. Bu kanallar, etrafındaki 360 dereceyi kapsayan güçlü ve odaklanmış ışınlar gönderiyor, böylece Wi-Fi yönlendirici veya diğer iletişim cihazları etrafındaki tüm cihazlar yüksek hızlı sinyali alabiliyor.

Terahertz dalgaları, 4G ve 5G ağlarında kullanılan düşük frekanslı sinyallere göre daha kısa bir menzile sahip. Ancak ışın yönlendiriciler, bu yüksek frekanslı sinyalleri hassas bir şekilde yönlendirerek sinyal kaybını ve bozulmasını önlüyor. Beamformer (ışın yönlendirici) teknolojisi, sinyalleri belirli yönlere odaklayarak hem verimliliği hem de güvenilirliği artırıyor. Bu odaklı yaklaşım, sinyalin menzilini uzatırken, kalitesini de iyileştiriyor.

Bu çip, 4K ultra yüksek çözünürlüklü bir filmi saniyeler içinde indirmenizi sağlayabilir ya da sanal ve artırılmış gerçeklik deneyimlerini gecikmesiz olarak destekleyebilir. Ayrıca, gerçek zamanlı holografik iletişim ve akıllı şehirlerde trafik sistemlerinin daha verimli yönetilmesi gibi birçok alanda devrim yaratabilir.

Terahertz yönlendirici çip, yüksek frekanslı sinyal iletimindeki zorlukların üstesinden gelerek, daha hızlı ve güvenilir kablosuz iletişim için önemli bir adım temsil ediyor.

https://techxplore.com/news/2024-09-chip-terahertz-stage-ultrafast-internet.html

Isıyı elektriğe dönüştüren Chipler

Avrupa'daki araştırmacılar, bilgisayar işlemcilerinin atık ısısını elektriğe dönüştürebilen yeni bir alaşım geliştirdi. Bu alaşım, çip üstü enerji hasadı için önemli bir adım ve daha enerji verimli elektronik cihazların geliştirilmesine yol açabilir. Kalay eklenen germanyumun termal iletkenliği önemli ölçüde azalırken, elektriksel özellikleri korunuyor, bu da onu termoelektrik uygulamalar için ideal hale getiriyor.

Araştırma, Almanya'daki Forschungszentrum Jülich ve IHP – Leibniz Institute for High Performance Microelectronics, İtalya'daki Pisa ve Bologna Üniversiteleri, ve Birleşik Krallık'taki Leeds Üniversitesi'nden bilim insanları tarafından gerçekleştirildi. Bulgular, ACS Applied Energy Materials dergisinin kapağında yer aldı.

Avrupa'da her yıl yaklaşık 1.2 Ekzajoule düşük sıcaklıkta ısı, BT altyapılarından ve cihazlardan çevreye yayılıyor. Araştırmacılar, mevcut yarı iletken üretim teknolojisi ile uyumlu olmayan malzemeler nedeniyle bu ısının elektriğe dönüştürülememesine çözüm arıyorlardı. Yeni alaşım, 4. ana gruptaki elementlerden oluştuğundan, CMOS çip üretim sürecine kolayca entegre edilebiliyor. Bu alaşımlar silikon bazlı bilgisayar çiplerine entegre edilerek atık ısı elektriğe dönüştürülebilir.

Araştırma grubu lideri Dr. Dan Buca, kalay eklemenin germanyumun termal iletkenliğini önemli ölçüde azalttığını ve elektriksel özelliklerini koruduğunu belirtti. Bu araştırma, termoelektrikler, fotonik ve spintronik gibi alanlarda cihaz performansını da artırabilir. Aynı çipte bu teknolojilerin birleştirilmesi, daha kompakt cihazların geliştirilmesine olanak tanır. Fotonik bileşenler, daha hızlı veri iletimi ve daha düşük güç tüketimi sağlar, spintronik ise manyetik tabanlı bilgi işleme sunar.

https://www.techspot.com/news/103806-chips-could-harvest-their-own-energy-using-newly.html