Nöromorfik hesaplama olarak adlandırılan yeni bir hesaplama paradigması, beyin davranışını simüle etmek için nöronların temel sinaptik fonksiyonlarını taklit eder. Nöronal esneklikÖğrenme ve hafızayla bağlantılı olan bu işlevlerden biridir. Bu esneklik, nöronların kendilerini harekete geçiren elektriksel uyarıların uzunluğuna ve sıklığına bağlı olarak bilgiyi depolamasına veya unutmasına olanak tanır.
Memresistif malzemeler, ferroelektrikler, faz değişim hafızalı malzemeler, topolojik yalıtkanlar ve son zamanlarda manyeto-iyonik malzemeler, benzer malzemeler arasında öne çıkıyor. nöron sinapsları. İkincisinde, bir elektrik alanının uygulanması iyonların malzeme içinde yer değiştirmesine neden olarak maddenin manyetik özelliklerini değiştirir.
Bir elektrik alanı uygulandığında bu malzemelerdeki manyetizmanın modülasyonu iyi anlaşılmasına rağmen, voltaj kesildiğinde manyetik özelliklerin gelişimini (yani uyarıyı takip eden gelişimi) kontrol etmek zordur. Bu, beyin derin uyku durumundayken (yani harici bir uyarı olmadan) bile öğrenmeyi etkili bir şekilde sürdürmek gibi beyinden ilham alan bazı süreçlerin kopyalanmasını zorlaştırır.
Yeni bir araştırmada, bilim insanları UAB Fizik Bölümü Jordi Sort ve Enric Menéndez, ALBA Synchrotron, Katalan Nanobilim ve Nanoteknoloji Enstitüsü (ICN2) ve ICMAB ile işbirliği içinde, hem uyarılmış hem de post-manyetik mıknatıslanma evrimini kontrol etmek için yeni bir yol önerdiler. uyaran durumları.
Beynin bilgiyi saklama şeklini taklit edebilen manyetik bir malzeme geliştirdiler. Bu malzeme sayesinde ilk kez nöronların sinapslarını taklit etmek ve taklit etmek mümkün oldu. derin uyku sırasında gerçekleşen öğrenme.
Bilim adamları, ince bir kobalt mononitrit (CoN) tabakasına dayanan malzemeyi geliştirdiler; burada, bir elektrik alanı uygulanarak, tabaka ile tabakanın yerleştirildiği sıvı elektrolit arasındaki arayüzde N iyonlarının birikmesi kontrol edilebiliyor.
ICREA araştırma profesörü Jordi Sort ve Serra Húnter Görevli Profesör Enric Menéndez şunları söyledi: "Yeni malzeme, bizimkine benzer bir şekilde, elektrik voltajıyla kontrol edilen iyonların hareketi ile çalışıyor. beyinve nöronlarda üretilenlere benzer hızlarda, milisaniye mertebesinde. Gelecekte mevcut bilgisayarların kullandığına alternatif, yeni bir bilgi işlem paradigmasının temeli olabilecek yapay bir sinaps geliştirdik."
Gerilim darbeleri uygulanarak, hafıza gibi süreçlerin kontrollü bir şekilde taklit edilmesi mümkün olmuştur. bilgi işlem, bilgi alımı ve ilk kez, uygulanan voltaj olmadan bilginin kontrollü güncellenmesi.
İyonların ne kadar hızlı hareket ettiğini kontrol eden kobalt mononitrit katman kalınlığı ve darbe frekansı, bu kontrolü gerçekleştirmek için değiştirildi.
Malzemenin düzeni, manyetoiyonik özelliklerin yalnızca voltaj uygulandığında değil, aynı zamanda ilk kez voltaj kaldırıldığında da kontrol edilmesine olanak tanır. Harici voltaj uyarısı ortadan kalktığında, malzemenin kalınlığına ve voltajın daha önce nasıl uygulandığına ilişkin protokole bağlı olarak sistemin mıknatıslanması azaltılabilir veya artırılabilir.
Bu yeni sonuç sayesinde artık çok çeşitli yeni nöromorfik hesaplama işlevleri mümkün. Örneğin derin uykudayken beyin uyarımını takiben nöronal öğrenmeyi simüle etmeyi mümkün kılan yeni bir mantık işlevi sağlar. Şu anda piyasada bulunan diğer nöromorfik malzeme türleri bu yetenekleri kopyalayamıyor.
Jordi Sort ve Enric Menendez şuraya, "Kobalt mononitrit tabakasının kalınlığı 50 nanometrenin altında olduğunda ve saniyede 100 döngüden daha yüksek bir frekansta uygulanan voltajla, ek bir mantık fonksiyonunu taklit etmeyi başardık: voltaj uygulandığında cihaz programlanabilir. bilgi işlemenin herhangi bir dış sinyal uygulanmadan devam edebildiği derin uyku sırasında beyinde gerçekleşen sinaptik fonksiyonları taklit ederek, herhangi bir ek enerji girişine ihtiyaç duymadan öğrenmek veya unutmak.
Dergi Referans:
- 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. Geçiş metali nitrürlerinde manyetizmanın frekansa bağlı uyarılmış ve uyarılmış voltaj kontrolü: beyinden ilham alan manyeto-iyoniklere doğru. Malzeme Ufukları, 2022.DOI: 10.1039/D2MH01087A
