Wetenschap
Links:een vereenvoudigde weergave van een klein deel van de hersenen:neuronen ontvangen, verwerken en verzenden van signalen via synapsen. Rechts:een dwarsbalkarray, wat een mogelijke architectuur is van hoe dit met apparaten zou kunnen worden gerealiseerd. de memristors, zoals synapsen in de hersenen, kunnen hun geleidbaarheid veranderen, zodat verbindingen kunnen worden verzwakt en versterkt. Credit:Spintronics of Functional Materials-groep, Rijksuniversiteit Groningen
Computerbits zijn binair, met een waarde van nul of één. Daarentegen, neuronen in de hersenen kunnen veel interne toestanden hebben, afhankelijk van de input die ze krijgen. Hierdoor kunnen de hersenen informatie op een energie-efficiëntere manier verwerken dan een computer. Natuurkundigen van de Rijksuniversiteit Groningen (RUG) werken aan memristors van met niobium gedoteerd strontiumtitanaat, die de functie van neuronen nabootsen. Hun resultaten werden gepubliceerd in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde op 21 oktober.
RUG-onderzoeker Anouk Goossens, de eerste auteur van het artikel, geteste memristors gemaakt van met niobium gedoteerd strontiumtitanaat. De geleidbaarheid van de memristors wordt op analoge wijze geregeld door een elektrisch veld:"We gebruiken het vermogen van het systeem om weerstand te schakelen. Door spanningspulsen toe te passen, we kunnen de weerstand beheersen, en met een lage spanning lezen we de stroom in verschillende toestanden uit. De sterkte van de puls bepaalt de weerstand in het apparaat. We hebben aangetoond dat een weerstandsratio van minimaal 1000 haalbaar is. Vervolgens hebben we gemeten wat er in de tijd gebeurde." Goossens was vooral geïnteresseerd in de tijddynamiek van de verzetsstaten.
Ze constateerde dat de duur van de puls waarmee de weerstand werd ingesteld, bepalend was voor hoe lang de herinnering duurde. Dit kan tussen één en vier uur zijn voor pulsen die tussen een seconde en twee minuten duren. Verder, ze ontdekte dat na 100 schakelcycli, het materiaal vertoonde geen tekenen van vermoeidheid.
"Je kunt hier verschillende dingen mee doen, ", zegt Goossens. "Door het apparaat op verschillende manieren te 'leren', verschillende pulsen gebruiken, we kunnen zijn gedrag veranderen."
Het feit dat de weerstand in de loop van de tijd verandert, kan ook nuttig zijn. "Deze systemen kunnen vergeten, net als de hersenen. Het stelt me in staat om tijd als variabele parameter te gebruiken." de apparaten die Goossens maakte combineren zowel geheugen als verwerking in één apparaat, wat efficiënter is dan de traditionele computerarchitectuur waarin opslag (op magnetische harde schijven) en verwerking (in de CPU) gescheiden zijn.
Goossens voerde de experimenten uit die in de paper worden beschreven tijdens een onderzoeksproject in het kader van de masteropleiding Nanoscience aan de Rijksuniversiteit Groningen. Het onderzoeksproject van Goossens vond plaats binnen de groep studenten onder supervisie van dr. Tamalika Banerjee van Spintronics of Functional Materials. Ze is nu een Ph.D. leerling in dezelfde groep.
Voordat ze hersenachtige circuits bouwde met haar apparaat, Goossens is van plan experimenten uit te voeren om te begrijpen wat er in het materiaal gebeurt. "Als we niet precies weten hoe het werkt, we kunnen geen problemen oplossen die zich in deze circuits kunnen voordoen. We moeten dus de fysieke eigenschappen van het materiaal begrijpen - wat doet het, en waarom?"
Vragen die Goossens wil beantwoorden zijn onder meer welke parameters van invloed zijn op de toestanden die worden bereikt. "En als we 100 van deze apparaten maken, werken ze allemaal hetzelfde? Als ze dat niet doen, en er is variatie van apparaat tot apparaat, dat hoeft geen probleem te zijn. Ten slotte, niet alle elementen in de hersenen zijn hetzelfde."
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com