In de laatste paar decennia, computers hebben een dramatische vooruitgang geboekt in verwerkingskracht; echter, zelfs de meest geavanceerde computers zijn relatief rudimentair in vergelijking met de complexiteit en mogelijkheden van het menselijk brein.

Onderzoekers van het Army Research Laboratory van het US Army Combat Capabilities Development Command zeggen dat dit kan veranderen als ze proberen computers te ontwerpen die zijn geïnspireerd op de neurale structuur van het menselijk brein.

Als onderdeel van een samenwerking met Lehigh University, Legeronderzoekers hebben een ontwerpstrategie geïdentificeerd voor de ontwikkeling van neuromorfe materialen.

"Neuromorfe materialen is een naam die wordt gegeven aan de materiaalcategorieën of combinaties van materialen die zowel computer- als geheugenmogelijkheden bieden in apparaten, " zei Dr. Sina Najmaei, een onderzoeker en elektrotechnisch ingenieur bij het laboratorium.

Najmaei en zijn collega's publiceerden een paper, "Dynamisch herconfigureerbare elektronische en fononische eigenschappen in geïntercaleerd Hafnium Disulfide (HfS2), " in het mei 2020 nummer van Materialen vandaag .

Het neuromorfische computerconcept is een in-memory-oplossing die ordes van grootte reducties in het stroomverbruik belooft ten opzichte van conventionele transistors, en is geschikt voor complexe gegevensclassificatie en -verwerking. De beperkte energie-efficiëntie in conventionele transistors is een fundamentele technologische tekortkoming die toekomstige vooruitgang op het gebied van informatica belemmert.

Onderzoek naar neuromorfe materialen dat de afgelopen 10 jaar is uitgevoerd, heeft zich gericht op het begrijpen van de unieke eigenschappen van 2D-materialen en hun van der Waals meerlagige structuren.

"De bevindingen zijn veelbelovend voor deze materialen in elektronische toepassingen, maar laat ook zien dat de unieke interfaces in deze materialen een ongekende kans bieden voor het ontwerpen van materiaaleigenschappen, ' zei Najmaei.

In de afgelopen vier jaar is het team heeft zich geconcentreerd op het ontwerp van materiaaleigenschappen voor hoogwaardige elektronische toepassingen.

"Ons onderzoek heeft geleid tot onze Materialen vandaag papier, die deze inspanning uitbreidt om herconfigureerbare eigenschappen in deze materialen te ontwerpen op basis van van der Waal / organometallische hybride systemen en neuromorf materiaalontwerp, ' zei Najmaei.

Neuromorphic computing verwerkt informatie met behulp van nieuwe computermodellen die vergelijkbaar zijn met de cognitieve processen van de hersenen.

"Om rationele conclusies te kunnen trekken uit de input, informatie en er is een nieuw computerparadigma nodig, "Zei Najmaei. "Neuromorfe hardware met in-memory computermogelijkheden belooft deze steeds groter wordende technologische kloof te overbruggen."

Dit onderzoek is een belangrijke opstap naar de ontwikkeling van in-memory computing in hybride apparaten met unieke functionele eigenschappen voor integratie in cognitieve sensorische apparaten en overwint belangrijke technische uitdagingen die een bottom-up benadering voor het stroomlijnen van hersengeïnspireerde computerhardware in de weg staan, hij zei.

Als de onderzoekers uiteindelijk een computer kunnen ontwikkelen die zich als de hersenen kan gedragen, het zou zeer nuttig zijn voor de oorlogsjager, zei Najmaei.

Neuromorfe gegevensverwerking, als een neuraal systeem, computercapaciteit zou bieden, compleet met extraatjes, zoals robuustheid tegen beschadiging, mogelijkheid om te leren, aanpassingsvermogen aan verandering en anderen. Het zou het potentieel hebben om het operationele vermogen met een magnitude van 1 te verminderen. 000 tot 1 miljoen keer in vergelijking met de huidige computerparadigma's.

Dit verwerkingsniveau zou zeer wenselijk zijn voor beeldherkenning in autonome systemen, en voor kunstmatige intelligentie in het algemeen. Gezien het belang van AI en autonome systemen in moderne oorlogsvoering, neuromorphic computing zou heel goed een hoeksteen kunnen zijn voor een breed scala aan toekomstige sprongsgewijze mogelijkheden voor oorlogvoering, zei Najmaei.