Odundan Doğa Dostu Bilgisayar İşlemcisi Yapıldı
Bilim insanları yarı iletken çiplerin neredeyse tamamını odundan yaparak, çevre dostu geleceğin bilgisayarlarına öncülük ediyorlar.
Taşınabilir elektronik cihazlar (genel olarak geri dönüşümü olmayan, doğada çözünmeyen ve potansiyel toksik maddeler), kullanıcıların hızlı tüketimi ve bir sonraki elektronik cihazın peşinden koşma tutkuları ile alarm veren bir orana ulaştı.
Elektronik cihazların çevreye olan yükünü azaltmak için yapılan bir çalışmada Wisconsin-Madison Üniversitesi (UW-Madison) araştırmacıları, Madison’daki ABD Ziraat ve Orman Ürünleri Laboratuvarıyla (FPL) yaptıkları ortak çalışmada, odun tabanlı işlemci geliştirmek için şaşırtıcı çözümler sundu.
UW-Madison Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Profesörü Zhenqiang Jack Ma tarafından idare edilmekte olan çalışma ekibi, yeni cihazı Nature Communications Dergisi’nde yayınlanan makalede anlattı. Makale, bilgisayar çipinin substrat (üstleç) ya da destek katmanı yerine doğada çözünen, odundan sağlanan esnek bir malzeme olan selüloz nanofibril (CNF) kullanmanın olası olduğunu göstermektedir.
Büyük bir ağacın ince liflere ayrılması durumunda ortaya çıkan en yaygın ürün kağıttır. Bu liflerin boyutları mikron; 10^-6 m seviyesindedir. Ancak bu boyut nano seviyede yani; 10^-9 m seviyesinde olursa bu malzemeler çok dayanıklı ve şeffaf CNF kağıtları oluşturur.
“Bir çipin içindeki malzemenin çoğunluğu destek malzemesidir. Geri kalanı için sadece birkaç mikrometre kullanıyoruz” şeklinde konuşan Prof. Ma, “Artık işlemciler o kadar güvenli ki bir ormana koysanız mantarlarla çözülebilir. Yani çipler gübre kadar güvenli oldular” diye de ekliyor.
FPL grubundaki bir mühendislik bileşik bilim araştırma proje lideri Zhiyong Cai, 2009 yılından beri sürdürülebilir nano malzeme geliştirmekte. UW-Madison’da biyomedikal mühendislik profesörü Shaoqin Sarah Gong ile çalışan Cai’nin grubu odundan geliştirilen malzemenin elektronikte kullanılmasında iki ana soruna dikkat çekiyor: Yüzey pürüzsüzlüğü ve termal genişleme.
“Çok fazla genişleme ya da büzülme istemezsiniz” diyor Cai ve “Odunun doğal nem çeken bir malzeme olduğuna ve havadan nem çekip genişlebileceğine” dikkat çekiyor. “CNF yüzeyinin epoksi kaplanması ile hem yüzey pürüzlülüğünü hem de nem engeli sorununu çözdük” diye de ekliyor.
10 yıldan fazla bir süredir Gong ve öğrencileri biyolojik tabanlı polimerler üzerinde çalışıyorlar: “ CNF günümüzde kullanılan çip üstleçlerinden (substrat) çok daha fazla avantaj sağlamakta. Diğer polimerler petrol tabanlı polimer iken, CNF’in biyolojik tabanlı bir malzeme olması da CNF’nin polimer üzerine avantajıdır. Biyolojik tabanlı malzemeler sürdürülebilir, doğayla uyumludur, ve doğada çözünebilmektedir. Ayrıca polimerle kıyaslandığında CNF göreceli olarak daha düşük termal genişleme katsayısına sahiptir”
Grubun çalışmaları; performans olarak mevcut işlemcilere yakın, daha çevre dostu bir süreç göstermekte. Günümüzde kullanılan kablosuz cihazların çoğu, yüksek frekanslı işlemleri ve güç yönetim kabiliyetleri sebebiyle galyum arsenit (GaAs) tabanlı mikrodalga işlemciler kullanmakta. Ancak, galyum arsenit doğal yaşama oldukça zarar veren toksik bir maddedir.
Elektrik-Bilgisayar Mühendisliği doktora öğrencisi ve makalenin yazarlarından Yei Hwan Jung, yeni işlemin pahalı ve toksik malzeme kullanımını oldukça azalttığını ifade ediyor. “5×6 milimetre işlemcinin içine 1500 GaAs transistör yerleştirdiğini ve tipik bir mikrodalga işlemcisinde 8-40 arası transistör bulunabildiğini. Geri kalan alanın sadece ziyan olduğunu” söylüyor ve “Tasarımımızı CNF üzerinde uyguladık ve belirli bir montaj tekniği kullandık, ardından istediğimiz her yerde denediğimiz, tamamen kullanışlı ve mevcut işlemcilerin performansı ile mukayese edilebilen bir devre oluşturduk” diye ekliyor.
Prof. Ma, “Bu malzemelerin doğada çözünebilmesinin çevre üzerine olumlu etkisinin yanı sıra teknolojinin esnekliğinin bu işlemcilerin çok farklı alanlarda kullanılmasına yol açacağını” vurguluyor ve “Günümüzde yarı iletken çiplerin toptan üretiminin oldukça ucuz olduğunu ve endüstrinin bu yeni tasarıma uyum sağlamasının zaman isteyeceğini. Ancak zamanla esnek elektronik cihazlar gelecektir ve biz bu dönemeçten iyi geçiyoruz” diye de belirtiyor.
Doğanın verdiği alarmların daha da artmasıyla, bu tür yeşil-teknoloji çalışmalarına verilen önemin artacağı da bir gerçek. Umarız yakın zamanda bu ürünler kullanıma sunulur. Tabi bu işin hep bir arz talep meselesi olduğunu da unutmamak gerekir.