Aivomainen transistoripiiri

04.05.2021

Northwestern-synaptinen-tranisistori-300.jpgRyhmällä synaptisia transistoreita uusi neuromorfinen piiri simuloi assosiatiivista oppimista. Credit: Northwestern University

(4.5.2021) Samoin kuin kuuluisa fysiologi Ivan Pavlov sai koirat yhdistämään kellon kilinän ruokaan, myös Northwesternin ja Hongkongin yliopistojen tutkijat saivat teknisen piirinsä assosioimaan valon paineeseen.

Laitteen salaisuus on sen uudenlaisissa orgaanisissa, sähkökemiallisissa ”synaptisissa transistoreissa”, jotka käsittelevät ja tallentavat informaatiota samanaikaisesti aivan kuten ihmisen aivot. Tutkijat osoittivat, että transistori voi jäljitellä ihmisen aivojen synapsien lyhytaikaista ja pitkäkestoista plastisuutta rakentamalla muistoja, joita opitaan ajan myötä.

Aivomaisen kykynsä ansiosta uusi transistori ja piiri voisivat mahdollisesti ylittää perinteisen laskennan rajoitukset, mukaan lukien energiaa kuluttavat memristorit ja rajoitetun kyvyn suorittaa useita tehtäviä samanaikaisesti. Aivojen kaltaisella laitteella on myös suurempi vikasietoisuus, joka toimii edelleen sujuvasti myös silloin, kun jotkut komponentit epäonnistuvat.

Tutkijoiden synaptisessa transistorissa ionit käyttäytyvät samalla tavalla kuin välittäjäaineet siirtämällä signaaleja päätelaitteiden välille keinotekoisen synapsin muodostamiseksi. Säilyttämällä tallentuneen informaation loukkuun jääneistä ioneista, transistori muistaa aikaisemmat toiminnot ja kehittää pitkäaikaista plastisuutta.

Tutkijat osoittivat laitteensa synaptisen käyttäytymisen yhdistämällä yksittäiset synaptiset transistorit neuromorfiseen piiriin assosiatiivisen oppimisen simuloimiseksi. He integroivat piiriin paine- ja valoanturit ja kouluttivat piirin yhdistämään kaksi toisistaan riippumatonta fyysistä tuloa (paine ja valo) toisiinsa.

Ehkä tunnetuin esimerkki assosiatiivisesta oppimisesta on Pavlovin koira, joka oppi kuolaamaan kuullessaan kellon kilinän. Näiden tutkijoiden skenaariossa paine on ruokaa ja valo on kello.

Yhden harjoitusjakson jälkeen piiri muodosti ensimmäisen yhteyden valon ja paineen välille. Viiden harjoitusjakson jälkeen piiri liitti valon merkittävästi paineeseen. Pelkästään valo pystyi laukaisemaan signaalin tai "ehdollisen vasteeseen".

Aiemmin muun muassa Aalto-yliopiston ja Tampereen yliopiston materiaalitutkijat ovat saaneet aikaan Pavlovin koiran tavoin käyttäytyvän materiaalin. Heidän tutkimuksessaan erityinen geeli saatiin sulamaan juoksevaksi värivalojen avulla, ilman suoraa lämmitystä.

Koska Northwestern-Hongkong tutkijoiden synaptinen piiri on valmistettu pehmeistä polymeereistä, se voidaan integroida helposti pehmeään, puettavaan elektroniikkaan, älykkääseen robotiikkaan ja implantoitaviin laitteisiin, jotka ovat suoraan vuorovaikutuksessa elävän kudoksen tai jopa aivojen kanssa.

"Vaikka sovelluksemme on vasta todiste konseptista, ehdotettua piiriä voidaan edelleen laajentaa koskemaan enemmän aistituloja ja integroida muu elektroniikka mahdollistamaan pienitehoinen laskenta paikan päällä", toteaa tutkija Jonathan Rivnay. "Koska laite on yhteensopiva biologisten ympäristöjen kanssa, laite voi olla suoraan vuorovaikutuksessa elävän kudoksen kanssa, mikä on kriittistä seuraavan sukupolven bioelektroniikan kannalta."

Aiheesta aiemmin:

Tarkempia ja tehokkaampia memristoreita

Ioninen musta laatikko

Synapsinen transistori muistaa

27.03.2024Kvantti-interferenssi ja transistori
26.03.2024Robotti tarttuu lihanpalaan ja keskustelee kaverinsa kanssa
25.03.2024Piin kanssa yhteensopivia magneettisia pyörteitä
23.03.2024Kaksitoiminen katalyytti tekee sen halvemmalla
22.03.2024Hiilinanoputket käyttöön
21.03.2024Fotonisirut valtaavat alaa
21.03.2024Uusi 2D-materiaalien maailma on avautumassa
19.03.2024Suprajohteet auttavat tietokoneita "muistamaan"
18.03.2024Kvanttimateriaalitutkimuksen uudet työkalut
16.03.2024Räjähtämätön vedyntuotantomenetelmä
15.03.2024Kvanttitietokoneita atomeihin perustuen
14.03.2024Elektronit vedessä ja särkyneinä
13.03.2024Sateenvarjo atomeille
12.03.2024Magnetismilla energiatehokasta laskentaa
11.03.2024Molekyylielekroniikan johteita ja kytkimiä
09.03.2024Elektroniikkaromusta kultaa edullisesti
09.03.2024Jännitystä aurinkoenergian keräämiseen
07.03.2024Kolmas ulottuvuus langattoman prosessoinnille
06.03.2024Mikroaaltoinen fotoniikkasiru nopeaan signaalinkäsittelyyn
05.03.2024Palonkestävä natriumakku
04.03.2024Polymeeripohjaiset viritettävät optiset komponentit
01.03.2024Tulevaisuuden kubitti luotiin kvanttiprosessoriin
29.02.2024Uudenlaisia ratkaisuja pienen koon tehokäyttöihin
28.02.2024Fotonien napakymppi ja tehokas ylösmuunnos
27.02.2024Elektroneja murto-osina grafeenissa
26.02.2024Elektronin ja fononin vuorovaikutuksen mysteeri
24.02.2024Entistä tehokkaampia aurinkokennoja
23.02.2024Uusi resepti kvanttisimuloinnille
22.02.2024Li-ion-johteita uuden suunnan kestäville akuille
21.02.2024Uusi laji magnetismia
20.02.2024Hyppivät atomit muistavat missä ne ovat olleet
19.02.2024Puolipallon muoto aurinkokennoon
17.02.2024Perovskiittiä vihreän vedyn tuotantoon
16.02.2024Fotoniikan nanovalmistusta printterillä
15.02.2024Neuromorfisia näkösensoreita
14.02.20242D-materiaaleista heterorakenteita
13.02.2024Magneettisten supervoimien vapauttaminen
12.02.2024Kvanttiedulla liikkuva maali
10.02.2024Antureita ympäristöhaittojen seurantaan
09.02.2024Kohti kvantti-internetiä ja kvanttiviestintää
08.02.2024Tehokkaita röntgensäteitä ja ultraviolettivaloa
07.02.2024Kubitti, jossa on sisäänrakennettu virheenkorjaus
06.02.2024Laskentaa valoaalloilla
05.02.20243D-tulostettu elektroninen iho ja näyttö
03.02.2024Läpimurto kvanttipisteisissä aurinkokennoissa
02.02.2024Äänikäyttöiset anturit säästävät miljoonia paristoja
01.02.2024Energiankeruuta ja kuvantamista samanaikaisesti
31.01.2024Pitkään kestäviä grafeenin laaksotiloja kubiteille
30.01.2024Pinoa neuroverkkojärjestelmiä rakennelohkoista
29.01.2024Vihreiden ledien tehokkuus paremmaksi
27.01.2024Ultranopea vetyvuodon anturi
26.01.2024Uusi ehdokas yleismuistiksi
25.01.2024Teollisesti valmistettava kvanttimuisti
24.01.2024Ensimmäinen topologinen kvanttipiiri
23.01.2024Grafeenista vihdoin toiminnallinen puolijohde
23.01.2024Lämpösähköä esineiden Internetille
20.01.2024Polttokenno toimii maaperässä ikuisesti
19.01.2024Tutkijat loivat loogisen kvanttiprosessorin
18.01.2024Kvanttilomittuminen ja topologia ovat erottamattomia
17.01.2024Tutkimus tasoittaa tietä paremmille metalliakuille
16.01.2024Ihmisen kuulojärjestelmä mallina yksijohtimiselle anturiryhmälle
15.01.2024Todennäköisyyspohjaisia tietokoneita ja tekoälyä
13.01.2024Valo välittää dataa sata kertaa nopeammin kuin Wi-Fi
12.01.2024More than Moore -konsepti
11.01.2024Korkeamman lämpötilan suprajohteiden kytkentää
10.01.2024Hiili tehostaa 2D-elektroniikkaa
09.01.2024Stokastista synkronia salaukseen ja neuroneille
08.01.2024Polymeeristä syntyy katalyyttikide
06.01.2024Kuupölystä aurinkokennoja
05.01.2024Kvanttipisteisiä aurinkosähkökennoja
04.01.2024Plasmoneita ja tekoälyä terahertsitutkimuksiin
03.01.2024Vetyä ja polymeeriä akkuihin
02.01.2024Aivomainen transistori jäljittelee ihmisen älykkyyttä
01.01.2024Yhdistetty "kilparata" mahdollistaa uuden optisen laitteen
29.12.2023Liukuvaa ferrosähköisyyttä ja timantteja
28.12.2023Magneto-optista materiaalia pii-integrointiin
27.12.2023Kvanttipisteanturi ei tarvitse ulkoista teholähdettä
22.12.2023Sähköistävä parannus kuparin johtavuuteen
21.12.2023Yksittäisestä 2D-materiaalista suprajohtava liitos
20.12.2023Nanoresonaattorit avaavat tietä kvanttiverkoille
19.12.2023Metapinta-antenni 6G:lle ja meta-atomeja
18.12.2023Atomintarkkaa 2D-materiaalien integrointia
16.12.2023Kvanttiakuissa rikotaan kausaliteetti
15.12.2023Hierarkkinen generatiivinen mallinnus autonomisille roboteille
14.12.2023Uusi näkemys moniarvoisten akkujen suunnitteluun
13.12.2023Optisella langattomalla ei ehkä enää ole esteitä
13.12.2023Fyysikot kvanttilomittavat yksittäisiä molekyylejä
12.12.2023Edullista tribosähköä ja aurinkokenno puumateriaalista
08.12.20232D-materiaaleista 3D-elektroniikkaa tekoälylaitteistoihin
07.12.2023Fotonikomponentteja RF-signaalin käsittelyyn
06.12.2023Elektromagnoniikasta uusi tiedonkäsittelyn alusta
05.12.2023Uusi alusta kvantti-informaation käsittelyyn
04.12.2023Lämpöä voidaan käyttää laskentaan
01.12.2023Askel biologian ja mikroelektroniikan integroinnille
30.11.2023Josephson-liitosten käyttö supravirran ohjaamiseen
29.11.2023Mikrotekniikkaa ja molekyylikemiaa aurinkokennoille
28.11.2023Materiaalien kehittelyä koneoppisella
27.11.2023Kaksiulotteisia magneetteja tietotekniikalle
25.11.2023Uusi jäähdytysmekanismi jääkaapeille ja jäähdytyslaitteille
24.11.2023Vangita elektroneja 3D-kiteeseen

Näytä lisää »