Memristorul șterge memoria artificială

Fizicienii creează un dispozitiv care imită sinapsele umane pentru a "uita" amintirile 

     Creierul este cea mai sofisticată mașină de calcul de pe Terra, așa că nu este de mirare că cercetătorii sunt dornici să încerce să-l imite, susține David Nield în ediția din 24 noiembrie a revistei Science Alert. Acum, noile cercetări au făcut un pas intrigant în această direcție - un dispozitiv care este capabil să "uite" amintirile, așa cum fac creierele noastre.

Foto: Adi Goldstein/Unsplash

     Se numește memristor de ordinul doi (un amestec de "memorie" și "rezistor"). Designul inteligent imită o sinapsă a creierului uman în modul în care își amintește informațiile, apoi pierde treptat informațiile respective dacă nu sunt accesate pentru o perioadă lungă de timp.

     În timp ce memristorul nu are prea multă utilizare practică acum, ar putea în cele din urmă să-i ajute pe oamenii de știință să dezvolte un nou tip de neurocomputer - fundamentul sistemelor de inteligență artificială - care îndeplinește unele dintre aceleași funcții pe care le are un creier.

     Într-un așa-numit neurocomputer analogic, componentele electronice pe cip (cum ar fi memristorul) ar putea prelua rolul neuronilor și sinapselor individuale. Aceasta ar putea reduce atât cerințele energetice ale computerului, cât și accelerarea calculelor în același timp.

     În prezent, neurocomputerele analogice sunt ipotetice, deoarece trebuie să aflăm modul în care electronica poate imita plasticitatea sinaptică - modul în care sinapsele creierului activ se întăresc în timp, iar cele inactive devin mai slabe. Este motivul pentru care ne putem agăța de unele amintiri în timp ce altele se estompează, cred oamenii de știință.

     Încercările anterioare de a produce memistorii au folosit poduri conductoare de dimensiuni nano, care apoi s-ar descompune în timp, în același mod în care amintirile ar putea să se descompună în mintea noastră.

"Problema cu această soluție [memristor de ordinul întâi] este că dispozitivul tinde să-și schimbe comportamentul în timp și să se descompună după o operație prelungită", spune fizicianul Anastasia Chouprik, de la Institutul de Fizică și Tehnologie (MIPT) din Rusia.

     "Mecanismul pe care l-am folosit pentru a implementa plasticitatea sinaptică este mai robust. De fapt, după ce am schimbat starea sistemului de 100 de miliarde de ori, acesta funcționa încă normal, așa că colegii mei au oprit testul de rezistență".

     În acest caz, echipa a folosit un material feroelectric numit oxid de hafniu în locul nanobrizelor, cu o polarizare electrică care se schimbă ca răspuns la un câmp electric extern. Înseamnă că stările de rezistență mică și înaltă pot fi setate cu impulsuri electrice.

Foto: Synapse vs memristor - Elena Khavina/MIIPT Press Office

     Ceea ce face ca oxidul de hafniu să fie ideal pentru acest lucru și îl pune înaintea altor materiale ferroelectrice, este că deja este folosit pentru a construi microcipuri de companii precum Intel. Asta ar trebui să însemne că este mai ușor și mai ieftin să introduceți memistori dacă și când va veni momentul pentru un neurocomputer analogic.

"Principala provocare cu care ne-am confruntat a fost să ne dăm seama de grosimea potrivită a stratului ferroelectric", spune Chouprik. "Patru nanometri s-au dovedit a fi ideali. Faceți doar un nanometru mai subțire, iar proprietățile feroelectrice au dispărut, în timp ce o peliculă mai groasă este o barieră prea largă pentru ca electronii să treacă prin tunel".

     "Uitarea" reală este pusă în aplicare printr-o imperfecțiune care face dificil de dezvoltat microprocesoarele bazate pe hafnium - defecte la interfața dintre siliciu și oxidul de hafniu. Aceeași defecte permit conductivității memristorului să cadă în timp.

     Este un început promițător, dar mai este mult de parcurs: aceste celule de memorie trebuie să fie tot mai fiabile, de exemplu. De asemenea, echipa dorește să investigheze modul în care noul lor dispozitiv ar putea fi încorporat în electronice flexibile.

"Vom analiza interacțiunea dintre diferitele mecanisme care schimbă rezistența în memristorul nostru", spune fizicianul Vitalii Mikheev, de la MIPT.

     "Se dovedește că efectul ferroelectric este posibil să nu fie singurul implicat. Pentru a îmbunătăți în continuare dispozitivele, va trebui să distingem între mecanisme și să învățăm să le combinăm”.

Cercetarea a fost publicată în ACS Applied Materials & Interfaces.

Articolul original poate fi studiat aici: 

https://www.sciencealert.com/physicists-create-a-device-that-mimics-human-synapses-to-forget-memories?utm_source=ScienceAlert+-+Daily+Email+Updates&utm_campaign=e9294e0806-MAILCHIMP_EMAIL_CAMPAIGN&utm_medium=email&utm_term=0_fe5632fb09-e9294e0806-365882917