Forståelse af byggestenene til en elektronisk hjerne

Computer bits er binære, med en værdi på nul eller en. Derimod, neuroner i hjernen kan have mange indre tilstande, afhængigt af input, de modtager. Dette giver hjernen mulighed for at behandle information på en mere energieffektiv måde end en computer. Fysikere fra University of Groningen (UG) arbejder på memristors fremstillet af niob-dopet strontiumtitanat, som efterligner neurons funktion. Deres resultater blev offentliggjort i Journal of Applied Physics den 21. oktober.

UG -forsker Anouk Goossens, den første forfatter til papiret, testede memristors fremstillet af niob-dopet strontiumtitanat. Memristorernes ledningsevne styres af et elektrisk felt på en analog måde:"Vi bruger systemets evne til at skifte modstand. Ved at anvende spændingsimpulser, vi kan kontrollere modstanden, og ved hjælp af en lav spænding læser vi strømmen i forskellige tilstande. Pulsens styrke bestemmer modstanden i enheden. Vi har vist, at et modstandsforhold på mindst 1000 kan realiseres. Vi målte derefter, hvad der skete over tid. "Goossens var især interesseret i modstandsstaternes tidsdynamik.

Hun observerede, at varigheden af ​​den puls, hvormed modstanden blev indstillet, bestemte, hvor længe hukommelsen varede. Dette kan være mellem en til fire timer for pulser, der varer mellem et sekund og to minutter. Desuden, fandt hun ud af, at efter 100 skiftecyklusser, materialet viste ingen tegn på træthed.

"Der er forskellige ting, du kan gøre med dette, "siger Goossens." Ved at 'undervise' enheden på forskellige måder, ved hjælp af forskellige pulser, vi kan ændre dens adfærd. "

Det at modstanden ændrer sig over tid kan også være nyttig. "Disse systemer kan glemme, ligesom hjernen. Det giver mig mulighed for at bruge tiden som en variabel parameter. "Derudover kan de enheder, Goossens lavede, kombinerer både hukommelse og behandling i en enhed, som er mere effektiv end traditionel computerarkitektur, hvor lagring (på magnetiske harddiske) og behandling (i CPU) er adskilt.

Goossens gennemførte de eksperimenter, der er beskrevet i avisen under et forskningsprojekt, som en del af kandidatuddannelsen i nanovidenskab ved University of Groningen. Goossens forskningsprojekt fandt sted inden for gruppen af ​​studerende under opsyn af Dr. Tamalika Banerjee fra Spintronics of Functional Materials. Hun er nu ph.d. elev i samme gruppe.

Inden hun bygger hjernelignende kredsløb med sin enhed, Goossens planlægger at udføre eksperimenter for at forstå, hvad der sker i materialet. "Hvis vi ikke ved præcis, hvordan det fungerer, vi kan ikke løse problemer, der kan opstå i disse kredsløb. Så vi er nødt til at forstå materialets fysiske egenskaber - hvad gør det, og hvorfor?"

Spørgsmål, som Goossens ønsker at besvare, omfatter hvilke parametre, der påvirker de tilstande, der opnås. "Og hvis vi fremstiller 100 af disse enheder, virker de alle ens? Hvis de ikke gør det, og der er variation fra enhed til enhed, det behøver ikke at være et problem. Trods alt, ikke alle elementer i hjernen er ens. "