Tyrėjai kuria medžiagą, kuri imituoja, kaip smegenys kaupia informaciją


S) kaip laiko funkcija. t visoms tirtoms CoN plėvelėms, veikiant elektrolitui esant –25 V, naudojant išorinį 10 kOe magnetinį lauką plokštumoje. (d) MS

CoN plėvelės storio vaidmuo jonų judėjime. a ) CoN plėvelių įtampos įjungimo schema naudojant elektrolitą. (b) Elektrinio dvigubo sluoksnio (EDL), susidarančio CoN plėvelių paviršiuje, kai elektrolitas yra ΔV S), kaip laiko t funkcija visoms tirtoms CoN plėvelėms esant elektrolito sklendei –25 V temperatūroje. išorinis plokštumoje esantis 10 kOe magnetinis laukas. d) vedinys iš MS t) priklausomybės: dMS/dt rezultatų skydelyje (c). Kreditas: Medžiagos Horizontai (2022). DOI: 10.1039/D2MH01087A

Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) mokslininkai sukūrė magnetinę medžiagą, galinčią imituoti, kaip smegenys kaupia informaciją. Medžiaga leidžia imituoti neuronų sinapses ir pirmą kartą imituoti mokymąsi, vykstantį gilaus miego metu.

Neuromorfinis skaičiavimas yra nauja skaičiavimo paradigma, kurioje smegenų elgesys imituojamas imituojant pagrindines neuronų sinapsines funkcijas. Tarp šių funkcijų yra neuronų plastiškumas: galimybė saugoti informaciją arba ją pamiršti priklausomai nuo elektrinių impulsų, kurie stimuliuoja neuronus, trukmės ir pasikartojimo, plastiškumas, kuris būtų susietas su mokymusi ir atmintimi.

Tarp medžiagų, kurios imituoja neuronų sinapses, memresistines medžiagas, feroelektrikus, fazių kaitos atminties medžiagas, topologiniai izoliatoriai o pastaruoju metu išsiskiria magnetojoninės medžiagos. Pastarojoje keičiasi magnetines savybes sukelia jonų poslinkis medžiagoje, kurį sukelia elektrinis laukas.

Šiose medžiagose gerai žinoma, kaip magnetizmas moduliuojamas naudojant elektrinį lauką, tačiau magnetinių savybių raida, kai Įtampa yra sustabdytas (ty raida po dirgiklio) yra sunkiai kontroliuojamas. Dėl to sudėtinga imituoti kai kurias smegenų įkvėptas funkcijas, pavyzdžiui, išlaikyti mokymosi efektyvumą, kuris vyksta net smegenims gilaus miego būsenoje (ty be išorinės stimuliacijos).

Šiame tyrime, kuriam vadovavo UAB Fizikos katedros mokslininkai Jordi Sort ir Enricas Menéndezas, bendradarbiaudami su ALBA Synchrotron, Katalonijos nanomokslų ir nanotechnologijų institutu (ICN2) ir ICMAB, siūlo naują būdą, kaip valdyti magnetizacijos raidą. stimuliuojamose ir po stimulo būsenose.

Tyrėjai sukūrė medžiagą, pagrįstą plonu kobalto mononitrido (CoN) sluoksniu, kur, naudojant elektrinis laukasgalima kontroliuoti N jonų kaupimąsi sąsajoje tarp sluoksnio ir skysto elektrolito, kuriame sluoksnis buvo patalpintas.

“The nauja medžiaga veikia su jonų judėjimu, kurį kontroliuoja elektros įtampaanalogišku būdu, kaip ir mūsų smegenyse, ir greičiu, panašiu į generuojamą neuronuose, maždaug milisekundžių, – aiškina ICREA tyrimų profesorius Jordi Sort ir Serra Húnter Tenure-track profesorius Enricas Menéndezas. „Sukūrėme dirbtinę sinapsę, kuri ateityje gali būti naujos skaičiavimo paradigmos, alternatyvios dabartinių kompiuterių naudojamai, pagrindas“, – pabrėžia Sortas ir Menéndezas.

Taikant įtampos impulsus, buvo galima kontroliuojamu būdu imituoti tokius procesus kaip atmintis, informacijos apdorojimas, informacijos gavimas ir pirmą kartą kontroliuojamas informacijos atnaujinimas be įtampos. Ši kontrolė buvo pasiekta modifikuojant kobalto mononitrido sluoksnių storį (kuris lemia jonų judėjimo greitį) ir impulsų dažnį.

Medžiagos išdėstymas leidžia valdyti magnetojonines savybes ne tik įjungus įtampą, bet ir pirmą kartą, kai įtampa pašalinama. Išnykus išoriniam įtampos dirgikliui, sistemos įmagnetinimas gali būti sumažintas arba padidintas, priklausomai nuo medžiagos storio ir protokolo, kaip anksčiau buvo įjungta įtampa.

Šis naujas efektas atveria daugybę galimybių naujoms neuromorfinėms skaičiavimo funkcijoms. Ji siūlo naują loginę funkciją, kuri leidžia, pavyzdžiui, imituoti neuroninį mokymąsi, atsirandantį po smegenų stimuliacijos, kai mes giliai miegame. Šios funkcijos negali imituoti jokios kitos esamos neuromorfinės medžiagos.

„Kai kobalto mononitrido sluoksnio storis yra mažesnis nei 50 nanometrų, o įtampa tiekiama didesniu nei 100 ciklų per sekundę dažniu, mums pavyko imituoti papildomą loginę funkciją: įjungus įtampą, įrenginį galima užprogramuoti taip, kad išmokti arba pamiršti, nereikalaujant papildomos energijos, imituojant sinapsines funkcijas, kurios vyksta smegenyse gilus miegaskada informacijos apdorojimas gali tęstis nenaudodamas jokio išorinio signalo“, – sako Jordi Sort.

Tyrimas buvo paskelbtas m Medžiagos Horizontai.

Daugiau informacijos:
Zhengwei Tan ir kt., Nuo dažnio priklausoma stimuliuojama ir po stimuliuojama pereinamųjų metalų nitridų magnetizmo įtampos kontrolė: link smegenų įkvėptos magnetojonikos, Medžiagos Horizontai (2022). DOI: 10.1039/D2MH01087A

Citata: Tyrėjai kuria medžiagą, imituojančią, kaip smegenys saugo informaciją (2022 m. lapkričio 8 d.), gautą 2022 m. lapkričio 9 d. iš https://phys.org/news/2022-11-material-mimics-brain.html

Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Išskyrus bet kokius sąžiningus sandorius privačių studijų ar mokslinių tyrimų tikslais, jokia dalis negali būti atkuriama be raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.