Los Skyrmions son objetos atómicos ultraestables descubiertos por primera vez en materiales reales en 2009, que más recientemente también se ha encontrado que existen a temperatura ambiente. Estos objetos únicos tienen varias propiedades deseables, incluyendo un voltaje umbral sustancialmente pequeño, Tamaños a nanoescala y fácil manipulación eléctrica.

Si bien estas propiedades podrían ser ventajosas para la creación de una amplia gama de productos electrónicos, El desarrollo de dispositivos totalmente eléctricos funcionales utilizando skyrmions ha demostrado hasta ahora ser un gran desafío. Una posible aplicación de los skyrmions es la computación neuromórfica, lo que conlleva la creación de estructuras artificiales que se asemejan a las observadas en el cerebro humano.

Teniendo esto en cuenta, Investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST) han investigado recientemente la posibilidad de usar skyrmions para replicar los mecanismos observados en el cerebro humano. Su papel publicado en Electrónica de la naturaleza , muestra que estas estructuras atómicas ultraestables se pueden utilizar para imitar algunos comportamientos de las sinapsis biológicas, que son uniones entre neuronas a través de las cuales los impulsos nerviosos se transmiten a diferentes partes del cerebro humano.

"Desde su descubrimiento, ha habido algunas demostraciones de manipulaciones eléctricas de skyrmions, que sugirió que se pueden utilizar para crear un dispositivo en pleno funcionamiento, "Seonghoon Woo, uno de los investigadores que realizó el estudio y ahora en IBM, dijo a TechXplore. "Al mismo tiempo, hemos experimentado un aumento en la investigación de la computación neuromórfica, lo que sugiere que un dispositivo de memoria analógico conocido como 'memristor' podría usarse para aumentar drásticamente la eficiencia informática. Dado que otras tecnologías que utilizan la memoria analógica existente aún se encuentran en las primeras etapas de desarrollo, pensamos que los memristores basados ​​en skyrmion podrían ser una solución, por sus ideales características ".

Las neuronas del cerebro se comunican a través de sinapsis mediante neurotransmisores, Sustancias químicas que transmiten información neurológica de una célula a otra. En las sinapsis artificiales creadas por los investigadores, cada skyrmion individual actúa como un neurotransmisor.

Al controlar el número de skyrmions en un sistema que utiliza un mínimo de energía eléctrica, los investigadores pudieron imitar dos mecanismos observados en las sinapsis biológicas, a saber, sus comportamientos de potenciación y depresión, que se desencadenan por variaciones en el peso de los neurotransmisores. Estos comportamientos se replicaron provocando la acumulación y disipación de skyrmions, resultando en cambios en el peso del sistema y por lo tanto en su memoria.

"En nuestro estudio, comparamos explícitamente las sinapsis basadas en skyrmion con otras tecnologías más establecidas basadas en la memoria no volátil, como la memoria de cambio de fase o la memoria resistiva, "Woo dijo." Aunque preliminar, Nuestro estudio revela que un diseño basado en skyrmion podría tener ventajas en métricas importantes, incluida la resistencia, linealidad y variabilidad de dispositivo a dispositivo, que ahora son un cuello de botella crítico en los diseños basados ​​en PRAM o RRAM ".

Hasta aquí, Woo y sus colegas han probado el rendimiento de sus sinapsis artificiales a nivel de chip, en una serie de simulaciones. Descubrieron que se desempeñaron notablemente bien, particularmente en tareas de reconocimiento de patrones.

"Teniendo en cuenta que la mayoría de los estudios actuales sobre computación neuromórfica basada en memristor se basan en PRAM o RRAM, Creo que el logro más significativo de nuestro estudio es que demostramos una nueva forma de crear herramientas informáticas neuromórficas basadas en estructuras de espín. "Dijo Woo.

En algunas tareas de reconocimiento de patrones, las sinapsis artificiales creadas por Woo y sus colegas lograron una precisión comparable a la obtenida por otras herramientas computacionales de última generación. En el futuro, estas estructuras podrían permitir el desarrollo de nuevos tipos de redes neuronales artificiales (ANN) de alto rendimiento.

"Una de las muchas ventajas de Skyrmions es que pueden tener una escala de tamaño muy pequeña, hasta un solo nanómetro, y una escala de energía, en un material ideal, "Woo agregó." Esta característica pronto podría reducir significativamente la energía de operación para aplicaciones de computación neuromórfica ".

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