Syntetiske synapser ligner mere en rigtig hjerne

Den menneskelige hjerne, fodret med bare kalorieindtaget af en beskeden kost, overgår let state-of-the-art supercomputere drevet af stationer i fuld skala. Forskellen stammer fra flere tilstande i hjerneprocesser versus de to binære tilstande i digitale processorer, samt evnen til at gemme oplysninger uden strømforbrug-ikke-flygtig hukommelse. Disse ineffektiviteter i nutidens konventionelle computere har fået stor interesse for at udvikle syntetiske synapser til brug i computere, der kan efterligne hjernens måde at arbejde på. Nu, forskere ved King's College London, Storbritannien, indberette i ACS Nano Letters en række nanorod -enheder, der efterligner hjernen tættere end nogensinde før. Enhederne kan finde applikationer i kunstige neurale netværk.

Bestræbelser på at efterligne biologiske synapser har kredset om typer af memristorer med forskellige modstandstilstande, der fungerer som hukommelse. Imidlertid, i modsætning til hjernen har de hidtil rapporterede enheder alle haft brug for en elektrisk spænding med omvendt polaritet for at nulstille dem til den oprindelige tilstand. "I hjernen ændrer en ændring i det kemiske miljø output, "forklarer Anatoly Zayats, en professor ved King's College London, der ledede teamet bag de nylige resultater. King's College London-forskerne har nu også været i stand til at demonstrere denne hjernelignende adfærd i deres synaptiske synapser.

Zayats og team bygger en række guldnanoroder toppet med et polymerforbindelse (poly-L-histidin, PLH) til en metalkontakt. Enten lys eller en elektrisk spænding kan ophidse plasmoner - kollektive svingninger af elektroner. Plasmonerne frigiver varme elektroner til PLH, gradvis ændring af polymerens kemi, og dermed ændre den til at have forskellige niveauer af ledningsevne eller lysemission. Hvordan polymeren ændrer sig afhænger af, om ilt eller brint omgiver den. Et kemisk inert nitrogenkemisk miljø vil bevare staten uden at kræve energiindgang, så den fungerer som ikke-flygtig hukommelse.

Krydsfeltet kan indstilles og læses enten optisk eller elektrisk eller indstilles på en måde og læses på den anden, hvilket giver stor alsidighed. "En fordel ved optisk kontrol er, at du trådløst kan skifte og læse enheden, "siger Zayats. Præferencen for elektriske eller optiske operationer afhænger af applikationen, men som han påpeger, der har været en række forsøg på at oprette neuromorfe kredsløb, der beregner den måde hjernen gør, og hvis du introducerer optisk switch eller læser op, kan du beregne hurtigere.

Forskerne snublede over polymerforbindelsens pænt synaptiske adfærd under forsøg for at udvikle en nanoskala lyskilde. De havde konstrueret forskellige tunnel PLH -kryds, og bemærkede lyskilden ikke var stabil i luft eller brint. "Ved en tilfældighed læste jeg et papir om synapser og tanke - det er vores lyskilde, "siger Zayats." Det var helt tilfældigt. "

Tætheden af ​​de synaptiske nanorod -arrays, Zayats og kolleger rapporterer, kommer imponerende tæt på den synaptiske densitet i hjernen, mangler kun en faktor tusinde eller deromkring. Den næste udfordring vil være at finde en måde at skifte individuelle nanoroder i stedet for hele arrayet, hvilket ville bringe dem endnu et skridt tættere på at efterligne hjernen.