Paradigma komputasi baru yang disebut komputasi neuromorfik meniru fungsi sinaptik penting dari neuron untuk mensimulasikan perilaku otak. Plastisitas neuron, terhubung ke pembelajaran dan memori, adalah salah satu fungsi ini. Plastisitas ini memungkinkan neuron untuk menyimpan informasi atau melupakannya tergantung pada panjang dan frekuensi impuls listrik yang mengaktifkannya.
Bahan memresistif, feroelektrik, bahan memori perubahan fasa, isolator topologi, dan, baru-baru ini, bahan magneto-ionik menonjol di antara bahan-bahan yang menyerupai sinapsis neuron. Dalam yang terakhir, menerapkan medan listrik menyebabkan ion dipindahkan dalam materi, mengubah karakteristik magnetik zat.
Meskipun modulasi magnet dalam bahan-bahan ini ketika medan listrik diterapkan dipahami dengan baik, itu menantang untuk mengontrol evolusi karakteristik magnetik ketika tegangan dihentikan (yaitu, evolusi mengikuti stimulus). Hal ini membuat sulit untuk mereplikasi beberapa proses yang diilhami oleh otak, seperti menjaga pembelajaran secara efektif bahkan saat otak dalam keadaan tidur nyenyak (yaitu, tanpa stimulasi eksternal).
Dalam sebuah studi baru, para ilmuwan dari UAB Departemen Fisika Jordi Sort dan Enric Menéndez, bekerja sama dengan ALBA Synchrotron, Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), dan ICMAB, mengusulkan cara baru untuk mengontrol evolusi magnetisasi baik dalam keadaan terstimulasi maupun pasca- keadaan rangsangan.
Mereka telah mengembangkan bahan magnetik yang mampu meniru cara otak menyimpan informasi. Berkat materi ini, dimungkinkan untuk meniru sinapsis neuron dan meniru, untuk pertama kalinya, pembelajaran yang terjadi selama tidur nyenyak.
Para ilmuwan mengembangkan bahan berdasarkan lapisan tipis kobalt mononitrida (CoN) di mana, dengan menerapkan medan listrik, akumulasi ion N pada antarmuka antara lapisan dan elektrolit cair di mana lapisan telah ditempatkan dapat dikontrol.
Profesor riset ICREA, Jordi Sort dan Profesor Enric Menéndez, Tenure-track Serra Hnter mengatakan, “Materi baru ini bekerja dengan pergerakan ion yang dikendalikan oleh tegangan listrik, dengan cara yang analog dengan kita otak, dan pada kecepatan yang serupa dengan yang dihasilkan dalam neuron, dalam orde milidetik. Kami telah mengembangkan sinapsis buatan yang di masa depan dapat menjadi dasar dari paradigma komputasi baru, alternatif yang digunakan oleh komputer saat ini.”
Dengan menerapkan pulsa tegangan, dimungkinkan untuk meniru, dengan cara yang terkontrol, proses seperti memori, memproses informasi, pengambilan informasi, dan, untuk pertama kalinya, pembaruan informasi yang terkontrol tanpa tegangan yang diterapkan.
Ketebalan lapisan kobalt mononitrida, yang mengontrol seberapa cepat ion bergerak, dan frekuensi denyut diubah untuk mencapai kontrol ini.
Susunan bahan memungkinkan sifat magnetoionik untuk dikontrol tidak hanya ketika tegangan diterapkan tetapi juga, untuk pertama kalinya, ketika tegangan dihilangkan. Setelah stimulus tegangan eksternal menghilang, magnetisasi sistem dapat dikurangi atau ditingkatkan, tergantung pada ketebalan bahan dan protokol bagaimana tegangan telah diterapkan sebelumnya.
Berbagai fungsi komputasi neuromorfik baru sekarang dimungkinkan karena hasil baru ini. Ini menyediakan fungsi logika baru yang, misalnya, memungkinkan untuk mensimulasikan pembelajaran saraf setelah stimulasi otak saat kita tidur nyenyak. Jenis bahan neuromorfik lain yang saat ini ada di pasaran tidak dapat meniru kemampuan ini.
Jordi Sort dan Enric Menendez tersebut, “Ketika ketebalan lapisan kobalt mononitrida di bawah 50 nanometer, dan dengan tegangan yang diterapkan pada frekuensi lebih besar dari 100 siklus per detik, kami telah berhasil meniru fungsi logika tambahan: setelah tegangan diterapkan, perangkat dapat diprogram untuk belajar atau melupakan, tanpa memerlukan input energi tambahan, meniru fungsi sinaptik yang terjadi di otak selama tidur nyenyak, ketika pemrosesan informasi dapat berlanjut tanpa menerapkan sinyal eksternal apa pun.”
Referensi Jurnal:
- Zhengwei Tan, Julius de Rojas, Sofia Martins, Aitor Lopeandia, Alberto Quintana, Matteo Cialone, Javier Herrero-Martín, Johan Meersschaut, André Vantomme, José L. Costa-Krämer, Jordi Sort, Enric Menéndez. Kontrol tegangan magnetisme terstimulasi dan pasca-stimulasi yang bergantung pada frekuensi dalam nitrida logam transisi: menuju magneto-ionik yang diilhami otak. Bahan Cakrawala, 2022. DOI: 10.1039/D2MH01087A
