Учените отдавна се опитват да обединят архитектурите на човешкия мозък и на компютрите (снимка: CC0 Public Domain)
Учените напредват със симулацията на човешкия мозък, като за целта използват нови материали и екзотични взаимодействия. В поредна разработка изследователи създадоха синаптичен транзистор, който имитира функционирането на мозъка.
Човешкият мозък работи по различен начин от електронните схеми на компютъра. Повече от едно поколение учени мечтаят да обединят двете архитектури. Мозъкът съхранява и обработва данни на едно място, докато компютърът непрекъснато ги прехвърля между процесора и паметта. Основният проблем е липсата на подходяща клетка памет, която едновременно да играе ролята на транзистор, но учени от САЩ имат потенциално решение.
Изследователи от Северозападния университет, Бостънския колеж и Масачузетския технологичен институт (MIT) съобщиха, че са създали и тествали т.нар. синаптичен транзистор, който може да работи като част от невронни мрежи с асоциативно обучение. Като основно предимство учените изтъкват способността на транзистора да работи при стайна температура с изключително ниска консумация от 20 pW (пиковата), отбелязва Semiconductor Digest в публикация за изследването.
В живата нервна тъкан синапсът е празнина между края на един неврон и началото на друг (ако говорим за мозъка или гръбначния мозък). В тази празнина възникват биохимични реакции, които са отговорни за по-нататъшното предаване на нервния импулс или за неговото блокиране. Транзисторът, представен от учените, изпълнява подобна функция, като в работата си използва физически явления и процеси.
Разработката е свързана с квантовите материали тип моаре. В много случаи такива материали работят при условия на криогенно охлаждане. Ето защо за изследователите е било важно да покажат ефекта при стайна температура, което те успешно направиха.
Транзисторът се състои от два насложени слоя материал с дебелината на атом, леко изместени един спрямо друг в хоризонталната равнина. Единият слой е графен, а вторият е борен нитрид с шестоъгълна решетка. Завъртането на единия от тях под определен ъгъл създава моаре от две комбинирани структури и в това се крие магията. Правилните ъгли, под които се появяват различни взаимодействия, дори се наричат магически.
При определени ъгли на въртене взаимодействията на Кулон между два материала стават екзотични електрически взаимодействия, които не се срещат в конвенционалните материали. Това разкрива потенциал за използване на такива структури в бъдещата електроника с функционалност, която все още не е напълно разбрана.
Изследователите обаче отиват още по-далеч, като въз основа на представените условни транзисторни преходи създават редица невронни вериги, които показват способност за асоциативно обучение. Експерименталните схеми са обучени успешно да разпознават групи от числа в двоично кодиране. Например, невронни вериги разграничават комбинациите 000 и 111 от 101, показвайки асоциативната връзка на първите две и разликата им от третата комбинация.
В резюме на статия за изследването в сп. Nature учените докладват, че „моареният синаптичен транзистор позволява ефективни изчислителни схеми в паметта и [обещава] усъвършенствани хардуерни ускорители за изкуствен интелект и машинно обучение”.