Kunstige synapser fremstillet af nanotråde

Forskere fra Jülich har sammen med kolleger fra Aachen og Turin fremstillet et memristivt element fremstillet af nanotråde, der fungerer på omtrent samme måde som en biologisk nervecelle. Komponenten er i stand til at gemme og behandle oplysninger, samt modtage adskillige signaler parallelt. Den resistive switchcelle fremstillet af oxidkrystal -nanotråde er således en ideel kandidat til brug ved opbygning af bioinspirerede "neuromorfe" processorer, i stand til at overtage de forskellige funktioner i biologiske synapser og neuroner.

Computere har lært meget i de seneste år. Takket være hurtige fremskridt inden for kunstig intelligens er de nu i stand til at køre biler, oversætte tekster, besejre verdensmestre i skak, og meget mere foruden. Derved, en af ​​de største udfordringer ligger i forsøget på kunstigt at gengive signalbehandlingen i den menneskelige hjerne. I neurale netværk, data gemmes og behandles i høj grad parallelt. Traditionelle computere, på den anden side, hurtigt gennemgå opgaver i rækkefølge og klart skelne mellem lagring og behandling af oplysninger. Som regel, neurale netværk kan kun simuleres på en meget besværlig og ineffektiv måde ved hjælp af konventionel hardware.

Systemer med neuromorfe chips, der efterligner den måde, den menneskelige hjerne fungerer på, giver betydelige fordele. Disse typer computere fungerer decentralt, til rådighed over et væld af processorer, hvilken, som neuroner i hjernen, er forbundet med hinanden via netværk. Hvis en processor går i stykker, en anden kan overtage dens funktion. Hvad er mere, ligesom i hjernen, hvor praksis fører til forbedret signaloverførsel, en bioinspireret processor skal have kapacitet til at lære.

"Med dagens halvlederteknologi, disse funktioner er til en vis grad allerede opnåelige. Disse systemer er, imidlertid, egnet til bestemte applikationer og kræver meget plads og energi, "siger Dr. Ilia Valov fra Forschungszentrum Jülich." Vores nanotrådsenheder fremstillet af zinkoxidkrystaller kan i sagens natur behandle og endda gemme oplysninger, og er ekstremt små og energieffektive. "

Årevis, memristive celler er blevet tilskrevet de bedste chancer for at overtage funktionen af ​​neuroner og synapser i bioinspirerede computere. De ændrer deres elektriske modstand afhængigt af intensiteten og retningen af ​​den elektriske strøm, der strømmer gennem dem. I modsætning til konventionelle transistorer, deres sidste modstandsværdi forbliver intakt, selv når den elektriske strøm er slukket. Memristors er således grundlæggende i stand til at lære.

For at oprette disse egenskaber, forskere ved Forschungszentrum Jülich og RWTH Aachen University brugte en enkelt zinkoxid -nanotråd, produceret af deres kolleger fra det polytekniske universitet i Turin. Måler cirka en 10, 000 millimeter i størrelse, denne type nanotråd er over 1, 000 gange tyndere end et menneskehår. Den resulterende memristive -komponent fylder ikke kun en lille smule plads, men er også i stand til at skifte meget hurtigere end flash -hukommelse.

Nanotråde tilbyder lovende nye fysiske egenskaber sammenlignet med andre faste stoffer og bruges blandt andet til udvikling af nye typer solceller, sensorer, batterier og computerchips. Deres fremstilling er forholdsvis enkel. Nanotråde skyldes fordampning af aflejring af specificerede materialer på et egnet underlag, hvor de praktisk talt vokser af sig selv.

For at skabe en fungerende celle, begge ender af nanotråden skal fastgøres til egnede metaller, i dette tilfælde platin og sølv. Metallerne fungerer som elektroder, og derudover frigive ioner udløst af en passende elektrisk strøm. Metalionerne er i stand til at sprede sig over trådens overflade og bygge en bro for at ændre dens ledningsevne.

Komponenter fremstillet af enkelte nanotråde er, imidlertid, stadig for isoleret til praktisk brug i chips. Følgelig, det næste skridt, der planlægges af forskerne i Jülich og Torino, er at producere og studere et memristivt element, sammensat af en større, relativt let at generere en gruppe på flere hundrede nanotråde, der tilbyder flere spændende funktioner.