O princípio do "memristor do esquecimento" é semelhante ao princípio do neurônio cerebral

O cérebro humano é um sistema extremamente complexo. Os cientistas tentam há centenas de anos aprender em detalhes o que está acontecendo lá dentro. Agora, com o desenvolvimento da tecnologia de computadores, isso está ficando muito melhor do que antes. O processo de estudar o cérebro saiu do chão e está gradualmente avançando.

Há muito se sabe que tradicionalmente não somos muito fortes na realização de cálculos complexos, mas nosso cérebro simultaneamente executa muitas tarefas. Além disso, ele executa muitas tarefas muito melhor que uma máquina. Por exemplo, o reconhecimento de imagem é dado muito bem a uma pessoa. Computadores, mesmo sistemas neurais complexos, estão em pior situação. Outra característica do homem é que mesmo os cálculos mais complexos que realizamos com custos de energia muito mais baixos que os computadores. Não é de admirar que os cientistas estejam tentando construir pelo menos um modelo simplificado do cérebro humano.

Este é geralmente um modelo de software. Agora, existem tentativas de criar hardware que possa atuar como um sistema de neurônios em uma determinada parte do cérebro humano. Esse modelo, por exemplo, tentou anteriormente criar especialistas da Apple, Intel e algumas outras empresas usando elementos semicondutores convencionais. Como parte de um novo projeto que está sendo implementado pelos esforços combinados de várias empresas e organizações, incluindo a Hewlett Packard Enterprise e até a Força Aérea dos EUA, foi possível desenvolver um memristor que se comporte como um neurônio. O trabalho realizado recentemente por esse elemento predetermina sua resposta. Isso foi alcançado por especialistas pulverizando o metal em um memristor sólido.

Especialistas propuseram esse desenho do elemento depois de estudar o princípio de operação de um neurônio convencional. Em muitos casos, a atividade de um neurônio é determinada não apenas pelo tipo de sinal recebido por esse elemento. De fato, esse elemento possui memória de curto prazo. Se um neurônio em particular já recebeu sinais no passado recente, é mais fácil ativar o que um neurônio que não recebeu esses sinais. Com o tempo, se um neurônio não recebe sinais, sua resposta volta ao normal.

Os cientistas decidiram criar um elemento artificial que responderia aos sinais dessa maneira. A idéia foi concretizada, para isso foi necessário o uso de várias conquistas da ciência e da tecnologia. Em particular, os resultados de pesquisas de cientistas de materiais foram úteis.

Memristor é chamadoum elemento passivo em microeletrônica, capaz de alterar sua resistência dependendo da carga que flui por ele (integral de corrente durante a operação). O funcionamento do dispositivo é garantido por transformações químicas em um filme fino (5 nm) de duas camadas de dióxido de titânio. Uma das camadas do filme é levemente empobrecida e as vagas de oxigênio migram entre as camadas sob a ação de uma voltagem elétrica aplicada ao dispositivo.



Os autores do estudo criaram um memristor baseado em silício, oxigênio e nitrogênio. Para mudar o memristor para o estado "ativo", os cientistas usaram as menores partículas de prata. Assim que a corrente é aplicada ao memristor, o elemento aquece. Seu aquecimento leva à dispersão da prata no meio sólido do memristor. Existem "fios" que conectam as duas extremidades do memristor. Como resultado, o memristor se torna um condutor de corrente elétrica.

Mas isso nem é interessante, mas o que acontece quando ocorre uma queda de energia. Nesse caso, pode-se esperar que o elemento esteja em um estado com baixa resistência. De fato, neste caso, ocorre um fenômeno chamado re-condensação ou amadurecimento de Ostwald .

Esse é o processo de condensação da fase supersaturada de uma substância em tempos de desenvolvimento tardio, quando a etapa de nucleação é concluída e o crescimento de grãos grandes de uma nova fase (por exemplo, gotículas de vapor) ocorre devido a grãos menores nas condições de "supressão sem comer", ou seja, dissolução de gotículas sem adesão. O fenômeno foi descrito pela primeira vez por Ostwald.

No caso de um memristor, isso significa que a prata não está na forma de um nanofio há muito tempo. Partículas desse elemento se juntam, aumentando gradualmente. Partículas menores do mesmo elemento se juntam. Um memristor se comporta como um neurônio. Se um sinal repetido foi aplicado ao memristor quase imediatamente após o recebimento do primeiro sinal, sua condutividade com elementos prateados permanece a mesma, ou seja, alta. Mas se a eletricidade não for fornecida ao memristor por um longo tempo, o nanofio de prata é dividido em partículas menores que divergem no volume do memristor e sua condutividade cai para seus valores iniciais.



Os especialistas acreditam que, usando um grupo desses memristores, você pode construir um pequeno modelo de uma parte do cérebro. Até agora, simples, mas se tudo correr bem, os cientistas esperam construir o primeiro computador neural de "pensamento profundo" do mundo.

Nature Materials , 2016. DOI: 10.1038 / NMAT4756  ( Sobre DOIs ).

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