Fonction cérébrale partiellement répliquée par des nanomatériaux

Anonim

Le cerveau nécessite étonnamment peu d’énergie pour s’adapter à l’environnement pour apprendre, faire des reconnaissances ambiguës, avoir une capacité de reconnaissance et une intelligence élevées et effectuer un traitement complexe de l’information.

Les deux caractéristiques principales des circuits neuronaux sont «la capacité d’apprentissage des synapses» et «les impulsions ou les pics nerveux». Au fur et à mesure que la science du cerveau progresse, la structure du cerveau a été progressivement clarifiée, mais elle est trop compliquée à reproduire complètement. Les scientifiques ont tenté de reproduire le fonctionnement du cerveau en utilisant des circuits et des dispositifs neuromorphes simplifiés qui émulent une partie des mécanismes du cerveau.

En développant des puces neuromorphes pour reproduire artificiellement les circuits qui imitent la structure et la fonction cérébrales, les fonctions de génération et de transmission de pics spontanés imitant les impulsions nerveuses (pics) n'ont pas encore été pleinement utilisées.

Un groupe commun de chercheurs de l’Institut de technologie de Kyushu et de l’Université d’Osaka a étudié le contrôle de la rectification des jonctions de diverses molécules et particules absorbées sur des nanotubes de carbone à paroi simple, en utilisant la microscopie à force conductrice (C-AFM). Une résistance différentielle négative a été produite dans les molécules de polyoxométalate (POM) absorbées par SWNT. Cela suggère qu'un état de non-équilibre dynamique instable se produit dans les jonctions moléculaires.

De plus, les chercheurs ont créé des dispositifs neuromorphes moléculaires de réseau SWNT / POM extrêmement denses, générant des pics spontanés similaires aux impulsions nerveuses des neurones (Figure 1).

Le POM est constitué d'atomes métalliques et d'atomes d'oxygène pour former un cadre tridimensionnel. (Figure 2) Contrairement aux molécules organiques ordinaires, POM peut stocker des charges dans une seule molécule. Dans cette étude, on pensait que la résistance différentielle négative et la génération de pic à partir du réseau étaient dues à une dynamique de charge sans équilibre dans les jonctions moléculaires du réseau.

Ainsi, le groupe de recherche conjoint dirigé par Megumi Akai-Kasaya a effectué des calculs de simulation du modèle de réseau moléculaire aléatoire complexé avec des molécules de POM, capables de stocker des charges électriques, répliquant des pics générés par le réseau moléculaire aléatoire. (Figure 3 à gauche) Ils ont également démontré que ce modèle moléculaire deviendrait très probablement une composante des dispositifs informatiques de réservoir. Le calcul des réservoirs est prévu comme intelligence artificielle de nouvelle génération (IA). (Figure 3) Leurs résultats de recherche ont été publiés dans Nature Communications.

"La signification de notre étude est qu'une partie des fonctions cérébrales a été répliquée par des matériaux nanomoléculaires. Nous avons démontré la possibilité que le réseau moléculaire aléatoire lui-même puisse devenir une IA neuromorphique", explique l'auteur principal Hirofumi Tanaka.

Les réalisations de ce groupe devraient grandement contribuer au développement de dispositifs neuromorphiques du futur.

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