Los científicos de la Universidad de Linköping han desarrollado un nuevo transistor basado en materiales orgánicos. Tiene la capacidad de aprender, y está equipado con memoria a corto y largo plazo. El trabajo es un paso importante en el camino hacia la creación de tecnología que imite el cerebro humano.

Hasta ahora, Los cerebros han sido únicos en ser capaces de crear conexiones donde antes no las había. En un artículo científico en Ciencia avanzada , investigadores de la Universidad de Linköping describen un transistor que puede crear una nueva conexión entre una entrada y una salida. Han incorporado el transistor a un circuito electrónico que aprende a vincular un determinado estímulo con una señal de salida. de la misma manera que un perro aprende que el sonido de un plato de comida al prepararse significa que la cena está en camino.

Un transistor normal actúa como una válvula que amplifica o amortigua la señal de salida, dependiendo de las características de la señal de entrada. En el transistor electroquímico orgánico que han desarrollado los investigadores, el canal del transistor consiste en un polímero conductor electropolimerizado. El canal se puede formar, crecido o encogido, o completamente eliminado durante el funcionamiento. También se puede entrenar para reaccionar ante un determinado estímulo, una determinada señal de entrada, de manera que el canal del transistor se vuelve más conductor y la señal de salida más grande.

"Es la primera vez que se muestra la formación en tiempo real de nuevos componentes electrónicos en dispositivos neuromórficos", dice Simone Fabiano, investigador principal en nanoelectrónica orgánica en el Laboratorio de Electrónica Orgánica, Campus Norrköping.

El canal crece aumentando el grado de polimerización del material en el canal del transistor, aumentando así el número de cadenas de polímero que conducen la señal. Alternativamente, el material puede sobreoxidarse (aplicando un alto voltaje) y el canal se vuelve inactivo. También se pueden lograr cambios temporales de conductividad dopando o desdopando el material.

"Hemos demostrado que podemos inducir cambios tanto a corto plazo como permanentes en la forma en que el transistor procesa la información, lo cual es vital si se quiere imitar las formas en que las células cerebrales se comunican entre sí ", dice Jennifer Gerasimov, postdoctorado en nanoelectrónica orgánica y uno de los autores del artículo.

Al cambiar la señal de entrada, la fuerza de la respuesta del transistor se puede modular en un amplio rango, y se pueden crear conexiones donde no existían previamente. Esto le da al transistor un comportamiento que es comparable al de la sinapsis, o la interfaz de comunicación entre dos células cerebrales.

También es un gran paso hacia el aprendizaje automático utilizando electrónica orgánica. Las redes neuronales artificiales basadas en software se utilizan actualmente en el aprendizaje automático para lograr lo que se conoce como "aprendizaje profundo". El software requiere que las señales se transmitan entre una gran cantidad de nodos para simular una sola sinapsis, que requiere una potencia de cálculo considerable y, por lo tanto, consume una cantidad considerable de energía.

"Hemos desarrollado hardware que hace lo mismo, utilizando un solo componente electrónico ", dice Jennifer Gerasimov.

"Nuestro transistor electroquímico orgánico puede por tanto realizar el trabajo de miles de transistores normales con un consumo de energía que se acerca a la energía consumida cuando un cerebro humano transmite señales entre dos células", confirma Simone Fabiano.

El canal del transistor no se ha construido con el polímero más común utilizado en la electrónica orgánica, PEDOT, pero en lugar de utilizar un polímero de un monómero de nuevo desarrollo, ETE-S, producido por Roger Gabrielsson, quien también trabaja en el Laboratorio de Electrónica Orgánica y es uno de los autores del artículo. ETE-S tiene varias propiedades únicas que lo hacen perfectamente adecuado para esta aplicación:forma cadenas de polímero suficientemente largas, es soluble en agua mientras que la forma polimérica no lo es, y produce polímeros con un nivel intermedio de dopaje. El polímero PETE-S se produce en su forma dopada con una carga negativa intrínseca para equilibrar los portadores de carga positiva (está dopado con p).