뉴로모픽 컴퓨팅(Neuromorphic Computing)이라는 새로운 컴퓨팅 패러다임은 뉴런의 필수 시냅스 기능을 모방하여 뇌 행동을 시뮬레이션합니다. 신경 가소성학습과 기억에 연결된 , 는 이러한 기능 중 하나입니다. 이러한 가소성은 뉴런이 정보를 활성화하는 전기 자극의 길이와 빈도에 따라 정보를 저장하거나 잊어버릴 수 있게 해줍니다.
멤저항 물질, 강유전체, 상변화 메모리 물질, 위상 절연체, 그리고 최근에는 자기 이온 물질이 유사한 물질 중에서 두드러집니다. 뉴런 시냅스. 후자의 경우 전기장을 가하면 이온이 재료 내에서 변위되어 물질의 자기 특성이 변경됩니다.
전기장이 가해질 때 이러한 물질의 자성의 변조는 잘 알려져 있지만, 전압이 중단될 때 자기 특성의 진화(즉, 자극에 따른 진화)를 제어하는 것은 어렵습니다. 이로 인해 뇌가 깊은 수면 상태(즉, 외부 자극 없이)에 있는 동안에도 학습을 효과적으로 유지하는 등 뇌에서 영감을 받은 일부 프로세스를 복제하기가 어렵습니다.
새로운 연구에서, UAB 물리학과 Jordi Sort와 Enric Menéndez는 ALBA 싱크로트론, 카탈로니아 나노과학 및 나노기술 연구소(ICN2) 및 ICMAB와 협력하여 자극 및 사후 모두에서 자화의 진화를 제어하는 새로운 방법을 제안했습니다. 자극 상태.
그들은 뇌가 정보를 저장하는 방식을 모방할 수 있는 자성 물질을 개발했습니다. 이 물질 덕분에 뉴런의 시냅스를 모방하는 것이 가능해졌으며, 최초로 깊은 잠 중에 일어나는 학습.
과학자들은 전기장을 적용함으로써 층과 층이 배치된 액체 전해질 사이의 경계면에서 N 이온의 축적을 제어할 수 있는 얇은 일질화 코발트 층(CoN)을 기반으로 하는 물질을 개발했습니다.
ICREA 연구 교수 Jordi Sort와 Serra Húnter 임기 트랙 교수 Enric Menéndez는 다음과 같이 말했습니다. “신소재는 우리가 연구한 것과 유사한 방식으로 전기 전압에 의해 제어되는 이온의 이동과 함께 작동합니다. 뇌, 그리고 밀리초 단위의 뉴런에서 생성되는 것과 유사한 속도로 진행됩니다. 우리는 미래에 현재 컴퓨터에서 사용되는 패러다임을 대체할 새로운 컴퓨팅 패러다임의 기초가 될 수 있는 인공 시냅스를 개발했습니다.”
전압 펄스를 적용함으로써 메모리와 같은 프로세스를 제어된 방식으로 에뮬레이션하는 것이 가능해졌습니다. 정보 처리, 정보 검색 및 처음으로 전압을 가하지 않고도 정보를 제어하여 업데이트할 수 있습니다.
이온의 이동 속도를 제어하는 일질화코발트 층 두께와 펄스 주파수를 변경하여 이 제어를 수행했습니다.
재료의 배열을 통해 전압을 가할 때뿐만 아니라 처음으로 전압을 제거할 때도 자기이온 특성을 제어할 수 있습니다. 외부 전압 자극이 사라지면 재료의 두께와 이전에 전압이 적용된 프로토콜에 따라 시스템의 자화가 감소하거나 증가할 수 있습니다.
이 새로운 결과로 인해 이제 광범위한 새로운 뉴로모픽 컴퓨팅 기능이 가능해졌습니다. 예를 들어, 우리가 깊이 잠든 동안 뇌 자극 후 신경 학습을 시뮬레이션할 수 있는 새로운 논리 기능을 제공합니다. 현재 시중에 나와 있는 다른 종류의 뉴로모픽 재료는 이러한 기능을 복제할 수 없습니다.
조르디 소트(Jordi Sort)와 엔릭 메넨데즈(Enric Menendez) 말했다, “코발트 일질화물 층의 두께가 50나노미터 미만이고 초당 100사이클보다 큰 주파수에서 전압이 인가될 때 우리는 추가적인 논리 기능을 에뮬레이트할 수 있었습니다. 즉, 전압이 인가되면 장치를 프로그래밍할 수 있습니다. 외부 신호를 적용하지 않고도 정보 처리가 계속될 수 있는 깊은 잠 동안 뇌에서 일어나는 시냅스 기능을 모방하여 추가적인 에너지 입력 없이 학습하거나 잊어버리는 것입니다.”
저널 참조 :
- 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. 전이 금속 질화물에서 자성의 주파수 의존 자극 및 자극 후 전압 제어: 뇌에서 영감을 받은 자기 이온 쪽으로. 재료 지평, 2022. DOI : 10.1039/D2MH01087A
