Вчені створили синаптичний транзистор для імітації роботи головного мозку людини

Не секрет, що головний мозок працює не так, як електронні ланцюги комп’ютера. Вони мають різну архітектуру, зблизити яку мріє не одне покоління вчених. Мозок зберігає та обробляє дані в одному місці, тоді як комп’ютер постійно пересилає їх між процесором та банками пам’яті. Головна проблема у відсутності відповідного осередку пам’яті, яка водночас грала роль транзистора, із чим обіцяють допомогти вчені зі США.

Команда вчених з Північно-Західного університету (Northwestern University), Бостонського коледжу (Boston College) і Массачусетського технологічного інституту (MIT) повідомила, що вони створили і випробували так званий синаптичний транзистор, який виявився здатним працювати у складі нейронних мереж з асоціацією. Головною перевагою розробки вчені вважають здатність транзистора працювати при кімнатній температурі з гранично невеликим споживанням 20 пВт (піковатт).

У живій нервовій тканині синапс є зазор між закінченням одного нейрона і початком іншого (якщо мова йде про головний або спинний мозок). У цьому проміжку відбуваються біохімічні реакції, які відповідають за передачу нервового імпульсу далі або за його блокування. Представлений вченими транзистор виконує подібну функцію, але у роботі він використовує фізичні явища і процеси.

За великим рахунком, технологія належати до сфери муарових квантових матеріалів. У багатьох випадках такі матеріали працюють за умов кріогенного охолодження. Тому для команди дослідників було важливо показати ефект за кімнатної температури, з чим вони успішно впоралися.

Транзистор, якщо його так можна назвати, є двома накладеними один на одного шарами матеріалу атомарної товщини, злегка зміщеними один щодо одного в горизонтальній площині. Один шар – це графен, а другий шар – це нітрид бору з гексагональними ґратами. Поворот одного з них на певний кут створює муаровий візерунок із двох поєднаних структур, і в цьому все диво. Правильні кути, при яких виявляються виразні взаємодії, навіть прийнято називати магічними.

При певних кутах повороту кулонівські взаємодії між двома матеріалами переходять у розряд екзотичних електричних взаємодій, які у звичайних матеріалах не зустрічаються, що відкриває потенціал для використання таких структур у майбутній електроніці з пізнаною до кінця функціональністю.

До честі дослідників вони пішли далі і створили на основі представлених умовних транзисторних переходів ряд нейронних ланцюгів, які показали здатність до асоціативного навчання. Експериментальні схеми навчалися розпізнавати групи цифр у бінарному кодуванні, з чим успішно впоралися. Наприклад, нейронні ланцюги відокремили комбінації 000 і 111 від 101, показавши асоціативний зв’язок перших та їх відмінність від третьої комбінації. Таким чином, повідомляють в анотації до статті в журналі Nature вчені, «муаровий синаптичний транзистор забезпечує ефективні схеми обчислень у пам’яті та передбачають передові апаратні прискорювачі для штучного інтелекту та машинного навчання».