Искусственные синапсы из нанопроводов

Ученые из Юлиха вместе с коллегами из Аахена и Турина создали мемристорный элемент из нанопроводов, который функционирует почти так же, как биологический нервный синапс. Компонент способен сохранять и обрабатывать информацию, а также получать множество сигналов параллельно. Резистивная переключающая ячейка из нанопроводов оксидного кристалла — идеальный кандидат для создания биоинспирированных «нейроморфных» процессоров, способных взять на себя разнообразные функции биологических синапсов и нейронов.

Одна из главных задач в области искусственного интеллекта — искусственное воспроизведение обработки сигналов в человеческом мозге. В нейронных сетях данные хранятся и обрабатываются в высокой степени параллельно, в то время как традиционные компьютеры четко разделяют хранение и обработку информации и работают последовательно.

Нейроморфные чипы, имитирующие работу мозга, работают децентрализовано, с множеством процессоров, соединенных сетями. Они энергоэффективны, отказоустойчивы и способны к обучению.

«Современные полупроводниковые системы в некоторой степени уже достигают этих функций, но они громоздки и энергозатратны. Наши устройства из нанопроводов кристаллического оксида цинка по своей природе могут обрабатывать и даже хранить информацию, и при этом чрезвычайно малы и энергоэффективны», — говорит доктор Илья Валов из Исследовательского центра Юлиха.

Мемристорные ячейки годами считались лучшими кандидатами на роль нейронов и синапсов в биоинспирированных компьютерах. Они меняют свое электрическое сопротивление в зависимости от силы и направления протекающего тока, и сохраняют последнее значение сопротивления даже при отключении питания, что является основой для обучения.

Для создания элемента ученые использовали единичный нанопровод из оксида цинка толщиной примерно 1/10 000 миллиметра (в 1000 раз тоньше человеческого волоса). Оба конца провода присоединены к металлическим электродам (платина и серебро). Под действием электрического тока ионы металла распространяются по поверхности провода, создавая мостик, который изменяет его проводимость.

Полученный мемристорный компонент не только занимает минимум места, но и переключается намного быстрее, чем флеш-память.

Следующим шагом исследователей из Юлиха и Турина станет создание и изучение мемристорного элемента, состоящего из более крупной и легко генерируемой группы из нескольких сотен нанопроводов, что откроет путь к более сложным функциональностям.