Graphene synapser fremmer hjernelignende computere

Computere, der tænker mere som menneskelige hjerner, rykker tættere på mainstream-adoption. Men mange ubesvarede spørgsmål står tilbage. Blandt de mest presserende, hvilke typer materialer kan tjene som de bedste byggesten til at frigøre potentialet i denne nye computerstil.

For de fleste traditionelle computerenheder er silicium fortsat guldstandarden. Der er dog en bevægelse for at bruge mere fleksible, effektive og miljøvenlige materialer til disse hjernelignende enheder.

I et nyt papir udviklede forskere fra University of Texas i Austin synaptiske transistorer til hjernelignende computere ved hjælp af det tynde, fleksible materiale grafen. Disse transistorer ligner synapser i hjernen, der forbinder neuroner med hinanden.

"Computere, der tænker som hjerner, kan så meget mere end nutidens enheder," sagde Jean Anne Incorvia, en assisterende professor ved Cockrell School of Engineering's Department of Electrical and Computer Engineer og hovedforfatter på avisen offentliggjort i dag i Nature Kommunikation . "Og ved at efterligne synapser kan vi lære disse enheder at lære i farten uden at kræve enorme træningsmetoder, der fylder så meget."

Undersøgelsen

En kombination af grafen og nafion, et polymermembranmateriale, udgør rygraden i den synaptiske transistor. Tilsammen demonstrerer disse materialer nøglesynaptisk-lignende adfærd - vigtigst af alt, evnen for stierne til at styrkes over tid, da de bruges oftere, en type neural muskelhukommelse. Inden for databehandling betyder det, at enheder vil være i stand til at blive bedre til opgaver som at genkende og fortolke billeder over tid og gøre det hurtigere.

Et andet vigtigt fund er, at disse transistorer er biokompatible, hvilket betyder, at de kan interagere med levende celler og væv. Det er nøglen til potentielle anvendelser i medicinsk udstyr, der kommer i kontakt med den menneskelige krop. De fleste materialer, der bruges til disse tidlige hjernelignende enheder, er giftige, så de ville ikke være i stand til at komme i kontakt med levende celler på nogen måde.

Hvorfor det betyder noget

Med nye højteknologiske koncepter som selvkørende biler, droner og robotter er vi ved at nå grænserne for, hvad siliciumchips effektivt kan gøre i forhold til databehandling og lagring. For disse næste generations teknologier er der brug for et nyt computerparadigme. Neuromorfe enheder efterligner hjernens behandlingsevne, en kraftfuld computer til fordybende opgaver.

"Biokompatibilitet, fleksibilitet og blødhed af vores kunstige synapser er essentiel," sagde Dmitry Kireev, en post-doc forsker, der var med i spidsen for projektet. "I fremtiden forestiller vi os deres direkte integration med den menneskelige hjerne, hvilket baner vejen for futuristiske hjerneproteser."

Vil det virkelig ske?

Neuromorfe platforme begynder at blive mere almindelige. Førende chipproducenter som Intel og Samsung har enten allerede produceret neuromorfe chips eller er i gang med at udvikle dem. Men nuværende chipmaterialer sætter begrænsninger for, hvad neuromorfe enheder kan gøre, så akademiske forskere arbejder hårdt på at finde de perfekte materialer til bløde hjernelignende computere.

"Det er stadig et stort åbent rum, når det kommer til materialer; det er ikke blevet indsnævret til den næste store løsning at prøve," sagde Incorvia. "Og det er måske ikke indsnævret til kun én løsning, hvor forskellige materialer giver mere mening til forskellige applikationer." + Udforsk yderligere

Neuromorf hukommelsesenhed simulerer neuroner og synapser