石墨烯突觸推進類腦計算機

像人腦一樣思考的計算機正在逐漸接近主流采用。但仍有許多懸而未決的問題。其中最緊迫的是，什么類型的材料可以作為最好的構建塊來釋放這種新型計算的潛力。

對于大多數傳統計算設備，硅仍然是黃金標準。然而，對于這些類腦設備來說，使用更靈活、更高效和更環保的材料正在興起。

在一篇新論文中，德克薩斯大學奧斯汀分校的研究人員使用薄而靈活的材料石墨烯開發了用于類腦計算機的突觸晶體管。這些晶體管類似于大腦中的突觸，將神經元彼此連接起來。

“像大腦一樣思考的計算機可以做的事情比今天的設備要多得多，”科克雷爾工程學院電氣與計算機工程師系助理教授、今天發表在《自然通訊》上的論文的主要作者JeanAnneIncorvia說。“通過模仿突觸，我們可以教這些設備在飛行中學習，而不需要消耗大量能量的巨大訓練方法。”

這項研究

石墨烯和聚合物膜材料nafion的組合構成了突觸晶體管的骨架。這些材料共同展示了關鍵的類似突觸的行為——最重要的是，隨著時間的推移，這些通路隨著使用頻率的增加而增強的能力，一種神經肌肉記憶。在計算方面，這意味著設備將能夠隨著時間的推移在識別和解釋圖像等任務上做得更好，并且做得更快。

另一個重要發現是這些晶體管具有生物相容性，這意味著它們可以與活細胞和組織相互作用。這對于與人體接觸的醫療設備的潛在應用至關重要。用于這些早期類腦裝置的大多數材料都是有毒的，因此它們無法以任何方式接觸活細胞。

為什么重要

借助自動駕駛汽車、無人機和機器人等新的高科技概念，我們正在達到硅芯片在數據處理和存儲方面可以有效發揮作用的極限。對于這些下一代技術，需要一種新的計算范式。神經形態設備模仿大腦的處理能力，大腦是用于沉浸式任務的強大計算機。

“我們的人工突觸的生物相容性、靈活性和柔軟性至關重要，”共同領導該項目的博士后研究員DmitryKireev說。“在未來，我們設想它們與人腦直接整合，為未來的大腦假體鋪平道路。”

真的會發生嗎?

神經形態平臺開始變得越來越普遍。英特爾和三星等領先的芯片制造商要么已經生產了神經形態芯片，要么正在開發它們。然而，目前的芯片材料限制了神經形態設備的功能，因此學術研究人員正在努力尋找適合軟腦類計算機的完美材料。

“就材料而言，它仍然是一個很大的開放空間;它還沒有縮小到下一個嘗試的大解決方案，”Incorvia說。“而且它可能不會僅限于一種解決方案，不同的材料對不同的應用更有意義。”