El principio del "olvido memristor" es similar al principio de la neurona cerebral

El cerebro humano es un sistema extremadamente complejo. Los científicos han estado intentando durante cientos de años aprender en detalle sobre lo que está sucediendo en su interior. Ahora, con el desarrollo de la tecnología informática, esto está mejorando mucho más que antes. El proceso de estudiar el cerebro se ha despegado del suelo y está avanzando gradualmente.

Hace tiempo que se sabe que tradicionalmente no somos demasiado fuertes para realizar cálculos complejos, pero nuestro cerebro realiza simultáneamente muchas tareas. Además, realiza muchas tareas mucho mejor que una máquina. Por ejemplo, el reconocimiento de imágenes se le da a una persona muy bien. Las computadoras, incluso los sistemas neuronales complejos, están peor. Otra característica del hombre es que incluso los cálculos más complejos que llevamos a cabo con costos de energía mucho más bajos que las computadoras. No es de extrañar que los científicos estén tratando de construir al menos un modelo simplificado del cerebro humano.

Este suele ser un modelo de software. Ahora hay intentos de crear hardware que pueda actuar como un sistema de neuronas en cierta parte del cerebro humano. Tal modelo, por ejemplo, trató previamente de crear especialistas de Apple, Intel y algunas otras compañías que utilizan elementos semiconductores convencionales. Como parte del nuevo proyecto, que está siendo implementado por los esfuerzos combinados de varias compañías y organizaciones, incluidas Hewlett Packard Enterprise e incluso la Fuerza Aérea de los EE. UU., Fue posible desarrollar un memristor que se comporta como una neurona. El trabajo realizado recientemente por dicho elemento predetermina su respuesta. Los especialistas lograron esto rociando el metal en un memristor sólido.

Los expertos propusieron este diseño del elemento después de estudiar el principio de funcionamiento de una neurona convencional. En muchos casos, la actividad de una neurona está determinada no solo por el tipo de señal recibida por este elemento. De hecho, este elemento tiene memoria a corto plazo. Si una neurona en particular ya ha recibido señales en el pasado reciente, entonces es más fácil de activar que una neurona que no ha recibido tales señales. Con el tiempo, si una neurona no recibe señales, su respuesta vuelve a la normalidad.

Los científicos decidieron crear un elemento artificial que respondiera a las señales de esta manera. La idea se realizó, para esto era necesario utilizar varios logros de la ciencia y la tecnología. En particular, los resultados de la investigación realizada por científicos de materiales fueron útiles.

Memristor se llamaUn elemento pasivo en microelectrónica, capaz de cambiar su resistencia en función de la carga que fluye a través de él (corriente integral durante el funcionamiento). El funcionamiento del dispositivo está garantizado por transformaciones químicas en una película delgada (5 nm) de dos capas de dióxido de titanio. Una de las capas de la película está ligeramente agotada de oxígeno, y las vacantes de oxígeno migran entre las capas bajo la acción de un voltaje eléctrico aplicado al dispositivo.



Los autores del estudio crearon un memristor basado en silicio, oxígeno y nitrógeno. Para cambiar el memristor al estado "activo", los científicos utilizaron las partículas más pequeñas de plata. Tan pronto como se aplica corriente al memristor, el elemento se calienta. Su calentamiento conduce a la dispersión de plata en el medio sólido del memristor. Hay "cables" que conectan los dos extremos del memristor. Como resultado, el memristor se convierte en un conductor de corriente eléctrica.

Pero esto ni siquiera es interesante, sino lo que sucede cuando se produce un corte de energía. En este caso, se puede esperar que el elemento se encuentre en un estado con baja resistencia. De hecho, en este caso, se produce un fenómeno llamado condensación o maduración de Ostwald .

Este es el proceso de condensación de una fase sobresaturada de una sustancia en una etapa posterior de desarrollo, cuando se completa la etapa de nucleación, y el crecimiento de granos grandes de una nueva fase (por ejemplo, gotas de un vapor) ocurre debido a granos más pequeños en condiciones de "supresión sin comer", es decir, disolución de gotas sin su adhesión. El fenómeno fue descrito por primera vez por Ostwald.

En el caso de un memristor, esto significa que la plata no ha tenido la forma de un nanocable durante mucho tiempo. Las partículas de este elemento se unen y se agrandan gradualmente. Partículas más pequeñas del mismo elemento se unen. Un memristor se comporta como una neurona. Si se aplicó una señal repetida al memristor casi inmediatamente después de recibir la primera señal, entonces su conductividad con elementos plateados permanece igual, es decir, alta. Pero si la electricidad no se suministra al memristor durante mucho tiempo, el nanocable de plata se divide en partículas más pequeñas que divergen en el volumen del memristor, y su conductividad cae a sus valores iniciales.



Los expertos creen que usando un grupo de tales memristors, puede construir un pequeño modelo de una porción del cerebro. Hasta ahora, simple, pero si todo va bien, los científicos esperan construir la primera computadora neuronal de "pensamiento profundo" del mundo.

Nature Materials , 2016. DOI: 10.1038 / NMAT4756  ( Acerca de los DOI ).

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