Strækbar, fleksibel, pålidelig hukommelsesenhed inspireret af hjernen

marts sidste år, det kunstige intelligens (AI) -program AlphaGo slog koreanske Go-mester LEE Se-Dol ved det asiatiske brætspil. "Spillet var ret stramt, men AlphaGo brugte 1200 CPU'er og 56, 000 watt i timen, mens Lee kun brugte 20 watt. Hvis der udvikles en hardware, der efterligner den menneskelige hjernestruktur, vi kan betjene kunstig intelligens med mindre kraft, " påpeger professor YU Woo Jong. I samarbejde med Sungkyunkwan University, forskere fra Center for Integreret Nanostrukturfysik ved Institut for Grundvidenskab (IBS), har udtænkt en ny hukommelsesenhed inspireret af neuronforbindelserne i den menneskelige hjerne. Forskningen, udgivet i Naturkommunikation , fremhæver apparatets meget pålidelige ydeevne, lang opbevaringstid og udholdenhed. I øvrigt, dets strækbarhed og fleksibilitet gør det til et lovende værktøj til næste generations bløde elektronik, der er knyttet til tøj eller krop.

Hjernen er i stand til at lære og huske takket være et stort antal forbindelser mellem neuroner. Den information, du husker, overføres gennem synapser fra den ene neuron til den næste som et elektrokemisk signal. Inspireret af disse forbindelser, IBS-forskere konstruerede en hukommelse kaldet to-terminal tunneling random access memory (TRAM), hvor to elektroder, benævnt afløb og kilde, ligner synapsens to kommunikerende neuroner. Mens almindelig mobil elektronik, ligesom digitale kameraer og mobiltelefoner bruger den såkaldte tre-terminal flash-hukommelse, fordelen ved to-terminal-hukommelser som TRAM er, at to-terminal-hukommelser ikke behøver et tykt og stift oxidlag. "Flash-hukommelse er stadig mere pålidelig og har bedre ydeevne, men TRAM er mere fleksibel og kan skaleres, " forklarer professor Yu.

TRAM består af en stak af et-atom-tykke eller nogle få atom-tykke 2D-krystallag:Et lag af halvledermolybdændisulfid (MoS2) med to elektroder (dræn og kilde), et isolerende lag af sekskantet bornitrid (h-BN) og et grafenlag. Enkelt sagt, hukommelse oprettes (logisk-0), læst og slettet (logisk-1) ved at strømme ladninger gennem disse lag. TRAM gemmer data ved at holde elektroner på dets grafenlag. Ved at påføre forskellige spændinger mellem elektroderne, elektroner strømmer fra drænet til grafenlaget, der tunnelerer gennem det isolerende h-BN-lag. Grafenlaget bliver negativt ladet, og hukommelsen skrives og lagres og omvendt, når positive ladninger indføres i grafenlaget, hukommelsen slettes.

IBS-forskere udvalgte omhyggeligt tykkelsen af ​​det isolerende h-BN-lag, da de fandt ud af, at en tykkelse på 7,5 nanometer tillader elektronerne at tunnelere fra drænelektroden til grafenlaget uden lækager og uden at miste fleksibilitet.

Fleksibilitet og strækbarhed er faktisk to nøglefunktioner ved TRAM. Når TRAM blev fremstillet på fleksibel plast (PET) og stretachable silikone materialer (PDMS), det kunne belastes op til 0,5 % og 20 %, henholdsvis. I fremtiden, TRAM kan være nyttig til at gemme data fra fleksible eller bærbare smartphones, øjekameraer, smarte kirurgiske handsker, og biomedicinsk udstyr, der kan tilsluttes kroppen.

Sidst men ikke mindst, TRAM har bedre ydeevne end andre typer af to-terminal-hukommelser kendt som Phase-change Random-Access Memory (PRAM) og resistive Random-Access Memory (RRAM).