Den mänskliga hjärnan, livnär sig på bara kaloriintaget från en blygsam diet, överträffar lätt toppmoderna superdatorer som drivs av fullskaliga stationsenergiingångar. Skillnaden härrör från de multipla tillstånden av hjärnprocesser kontra de två binära tillstånden för digitala processorer, samt möjligheten att lagra information utan strömförbrukning – icke-flyktigt minne. Dessa ineffektiviteter i dagens konventionella datorer har väckt stort intresse för att utveckla syntetiska synapser för användning i datorer som kan efterlikna hur hjärnan fungerar. Nu, forskare vid King's College London, STORBRITANNIEN, Rapportera in ACS Nano-bokstäver en rad nanorod-enheter som efterliknar hjärnan närmare än någonsin tidigare. Enheterna kan hitta tillämpningar i artificiella neurala nätverk.

Ansträngningar att efterlikna biologiska synapser har kretsat kring typer av memristorer med olika motståndstillstånd som fungerar som minne. Dock, Till skillnad från hjärnan har de hittills rapporterade enheterna behövt en elektrisk spänning med omvänd polaritet för att återställa dem till det ursprungliga tillståndet. "I hjärnan förändrar en förändring i den kemiska miljön produktionen, " förklarar Anatoly Zayats, en professor vid King's College London som ledde teamet bakom de senaste resultaten. King's College London-forskare har nu också kunnat demonstrera detta hjärnliknande beteende i sina synaptiska synapser.

Zayats och team bygger en rad guld nanorods toppade med en polymer junction (poly-L-histidin, PLH) till en metallkontakt. Antingen ljus eller en elektrisk spänning kan excitera plasmoner - kollektiva oscillationer av elektroner. Plasmonerna släpper heta elektroner till PLH, gradvis förändra polymerens kemi, och därmed ändra den till att ha olika nivåer av konduktivitet eller ljusemissivitet. Hur polymeren förändras beror på om syre eller väte omger den. En kemiskt inert kvävekemisk miljö kommer att bevara tillståndet utan att någon energitillförsel krävs så att den fungerar som ett icke-flyktigt minne.

Kopplingen kan ställas in och avläsas antingen optiskt eller elektriskt eller ställas in på ett sätt och avläser det andra vilket ger stor mångsidighet. "En fördel med optisk kontroll är att du trådlöst kan växla och läsa enheten, " säger Zayats. Preferensen för elektriska eller optiska operationer beror på applikationen, men som han påpekar, det har gjorts ett antal försök att skapa neuromorfa kretsar som beräknar hur hjärnan gör, och om du introducerar optisk växling eller läser kan du beräkna snabbare.

Forskarna snubblade över polymerkorsningens prydligt synaptiska beteende under experiment för att utveckla en ljuskälla i nanoskala. De hade byggt olika tunnel PLH-korsningar, och märkte att ljuskällan inte var stabil i luft eller väte. "Av en slump läste jag en tidning om synapser och tankar - det är vår ljuskälla, " säger Zayats. "Det var helt av en slump."

Tätheten hos de synaptiska nanorod-arrayerna Zayats och kollegor rapporterar kommer imponerande nära den synaptiska densiteten i hjärnan, faller under med bara en faktor tusen eller så. Nästa utmaning blir att hitta ett sätt att byta individuella nanorods istället för hela arrayen, vilket skulle föra dem ytterligare ett steg närmare att efterlikna hjärnan.