Wetenschappers uit Jülich hebben samen met collega's uit Aken en Turijn een memristief element gemaakt van nanodraden dat op vrijwel dezelfde manier functioneert als een biologische zenuwcel. De component kan informatie opslaan en verwerken, evenals talrijke signalen parallel ontvangen. De resistieve schakelcel gemaakt van oxidekristal nanodraden is dus een ideale kandidaat voor gebruik bij het bouwen van bio-geïnspireerde "neuromorfe" processors, in staat om de diverse functies van biologische synapsen en neuronen over te nemen.

Computers hebben de afgelopen jaren veel geleerd. Dankzij de snelle vooruitgang in kunstmatige intelligentie kunnen ze nu auto's rijden, teksten vertalen, wereldkampioenen verslaan bij schaken, en nog veel meer. Daarbij, een van de grootste uitdagingen ligt in de poging om de signaalverwerking in het menselijk brein kunstmatig te reproduceren. In neurale netwerken, gegevens worden in hoge mate parallel opgeslagen en verwerkt. traditionele computers, anderzijds, werk snel achter elkaar taken af ​​en maak duidelijk onderscheid tussen het opslaan en verwerken van informatie. Als een regel, neurale netwerken kunnen alleen op een zeer omslachtige en inefficiënte manier worden gesimuleerd met conventionele hardware.

Systemen met neuromorfe chips die de werking van het menselijk brein nabootsen, bieden aanzienlijke voordelen. Dit soort computers werken decentraal, beschikken over een groot aantal verwerkers, die, zoals neuronen in de hersenen, zijn via netwerken met elkaar verbonden. Als een processor kapot gaat, een ander kan zijn functie overnemen. Wat is meer, net als in de hersenen, waar oefening leidt tot een betere signaaloverdracht, een bio-geïnspireerde processor moet het vermogen hebben om te leren.

"Met de huidige halfgeleidertechnologie, deze functies zijn tot op zekere hoogte al haalbaar. Deze systemen zijn, echter, geschikt voor bepaalde toepassingen en veel ruimte en energie vergen, " zegt Dr. Ilia Valov van Forschungszentrum Jülich. "Onze nanodraadapparaten gemaakt van zinkoxidekristallen kunnen inherent informatie verwerken en zelfs opslaan, en zijn extreem klein en energiezuinig."

Voor jaren, Aan memristieve cellen is de beste kans toegeschreven om de functie van neuronen en synapsen in biogeïnspireerde computers over te nemen. Ze veranderen hun elektrische weerstand afhankelijk van de intensiteit en richting van de elektrische stroom die er doorheen stroomt. In tegenstelling tot conventionele transistoren, hun laatste weerstandswaarde blijft intact, zelfs als de elektrische stroom is uitgeschakeld. Memristors zijn dus fundamenteel in staat om te leren.

Om deze eigenschappen te creëren, wetenschappers van Forschungszentrum Jülich en RWTH Aachen University gebruikten een enkele zinkoxide nanodraad, geproduceerd door hun collega's van de polytechnische universiteit in Turijn. Het meten van ongeveer een 10, 000ste van een millimeter groot, dit type nanodraad is meer dan 1, 000 keer dunner dan een mensenhaar. De resulterende memristieve component neemt niet alleen een kleine hoeveelheid ruimte in beslag, maar kan ook veel sneller schakelen dan flashgeheugen.

Nanodraden bieden veelbelovende nieuwe fysische eigenschappen in vergelijking met andere vaste stoffen en worden onder meer gebruikt bij de ontwikkeling van nieuwe soorten zonnecellen, sensoren, batterijen en computerchips. Hun vervaardiging is relatief eenvoudig. Nanodraden zijn het resultaat van de verdamping van gespecificeerde materialen op een geschikt substraat, waar ze praktisch vanzelf groeien.

Om een ​​functionerende cel te creëren, beide uiteinden van de nanodraad moeten worden bevestigd aan geschikte metalen, in dit geval platina en zilver. De metalen fungeren als elektroden, en bovendien, ionen vrijgeven die worden geactiveerd door een geschikte elektrische stroom. De metaalionen kunnen zich over het oppervlak van de draad verspreiden en een brug bouwen om de geleidbaarheid te veranderen.

Componenten gemaakt van enkele nanodraden zijn, echter, nog te geïsoleerd om praktisch bruikbaar te zijn in chips. Bijgevolg, de volgende stap die de onderzoekers van Jülich en Turijn plannen, is het produceren en bestuderen van een memristief element, samengesteld uit een grotere relatief eenvoudig om een ​​groep van enkele honderden nanodraden te genereren die meer opwindende functionaliteiten bieden.