Из графена собрали рукотворный аналог нейрона

Физики создали на основе графена первый мемристор – электрический элемент, который можно использовать в качестве полноценного аналога нейронов в искусственных нейросетях. Статью с описанием разработки опубликовал научный журнал Nature Communications.

"Мы показали, что с помощью простых полевых транзисторов на основе графена можно управлять множеством состояний памяти. Нашу технологию можно использовать для производства мемристоров в промышленных масштабах. Мы надеемся, что она привлечет внимание компаний, которые разрабатывают нейроморфные компьютеры", – рассказал один из авторов работы, доцент Пенсильванского университета (США) Саптарши Дас.

Современные компьютеры работают на основе дискретной логики – элементарные ячейки их памяти и вычислительные модули могут воспринимать и обрабатывать только два значения — 0 и 1. Благодаря этому у компьютеров практически неограниченные возможности для математических вычислений при.

Мозг работает принципиально иначе. В отличие от полупроводниковых вычислительных машин, наши нейроны могут одновременно и хранить информацию и обрабатывать ее, воспринимая множество разнородных аналоговых сигналов. Нервные клетки могут суммировать информацию, а также менять свою чувствительность к отдельным наборам подобных импульсов, по-разному реагируя на те или другие стимулы.

Рукотворные нейроны

Физики пытаются воспроизвести эти свойства нейронов с помощью так называемых мемристоров – резисторов с эффектом памяти. Отличие от обычных резисторов состоит в том, что сопротивление мемристора зависит от того, как через него проходил ток ранее. Благодаря этому у мемристора есть "память" и способность менять записанные в нем данные. Это сближает его по свойствам с нервными окончаниями живых организмов.

Как правило, мемристоры собирают вручную из экзотических или дорогих материалов, поэтому пока такие элементы используют исключительно в лабораториях. Дас и его коллеги выяснили, что эту проблему можно обойти с помощью графена – двумерного углеродного материала. Ученые использовали графен в качестве основы для подобных рукотворных аналогов нейронов.

Американские физики заметили, что, если подать на затвор графенового транзистора достаточно мощный импульс тока, его сопротивление заметно менялось. Дальнейшие опыты показали, что графеновые транзисторы могли в процессе работы переключаться между 16 подобными состояниями.

Это выгодно отличает их от уже существующих мемристоров на основе пленок из оксида ванадия и других веществ, которые меняют свое сопротивление при нагреве или освещении. При этом для записи и чтения информации из графенового "нейрона" нужно было относительно небольшое напряжение – около 10 милливольт.

Эти свойства, а также простота изготовления и небольшая стоимость подобных транзисторов, как считают Дас и его коллеги, открывает дорогу для их массового производства и изготовления первых полноценных "физических" нейросетей, которые по экономичности и компактности не будут уступать оригиналу.