Een onderzoeksgroep van Tohoku University heeft spintronica-apparaten ontwikkeld die veelbelovend zijn voor toekomstige energiezuinige en adoptieve computersystemen, omdat ze zich gedragen als neuronen en synapsen in het menselijk brein.

De huidige informatiemaatschappij is gebouwd op digitale computers die gedurende een halve eeuw drastisch zijn geëvolueerd en in staat zijn ingewikkelde taken betrouwbaar uit te voeren. Het menselijk brein, daarentegen, werkt met een zeer beperkt vermogen en is in staat om complexe taken efficiënt uit te voeren met behulp van een architectuur die enorm verschilt van die van digitale computers.

Dus de ontwikkeling van computerschema's of hardware geïnspireerd door de verwerking van informatie in de hersenen is van breed belang voor wetenschappers op gebieden variërend van natuurkunde, scheikunde, materiaalkunde en wiskunde, tot elektronica en informatica.

Bij informatica, er zijn verschillende manieren om de verwerking van informatie door een brein uit te voeren. Spiking neuraal netwerk is een soort implementatiemethode die de architectuur van de hersenen en de temporele informatieverwerking nauw nabootst. Succesvolle implementatie van spiking neuraal netwerk vereist speciale hardware met kunstmatige neuronen en synapsen die zijn ontworpen om de dynamiek van biologische neuronen en synapsen te vertonen.

Hier, het kunstmatige neuron en de synaps zouden idealiter van hetzelfde materiële systeem zijn gemaakt en volgens hetzelfde werkingsprincipe worden bediend. Echter, dit was een uitdagend probleem vanwege de fundamenteel verschillende aard van het neuron en de synaps in biologische neurale netwerken.

De onderzoeksgroep, waaronder professor Hideo Ohno (momenteel de universiteitsvoorzitter), Universitair hoofddocent Shunsuk Fukami, Dr. Aleksandr Kurenkov en professor Yoshihiko Horio - creëerden een kunstmatig neuron en synaps met behulp van spintronica-technologie. Spintronica is een academisch vakgebied dat de elektrische (lading) en magnetische (spin) eigenschappen van een elektron gelijktijdig wil gebruiken.

De onderzoeksgroep had eerder een functioneel materiaalsysteem ontwikkeld bestaande uit antiferromagnetische en ferromagnetische materialen. Deze keer, ze maakten kunstmatige neuronale en synaptische apparaten, gemicrofabriceerd uit het materiële systeem, die fundamenteel gedrag van biologische neuronen en synaps vertoonden - lekkende integratie-en-vuur en spike-timing-afhankelijke plasticiteit, respectievelijk gebaseerd op hetzelfde concept van spintronica.

Het is bekend dat het spiking neurale netwerk voordelig is ten opzichte van de hedendaagse kunstmatige intelligentie voor de verwerking en voorspelling van tijdelijke informatie. Uitbreiding van de ontwikkelde technologie naar unit-circuit, blok- en systeemniveaus zullen naar verwachting leiden tot computers die in de tijd variërende informatie zoals spraak en video kunnen verwerken met een kleine hoeveelheid stroom of edge-apparaten die de mogelijkheid hebben om gebruikers en de omgeving door gebruik over te nemen.