Los algoritmos informáticos podrían estar realizando funciones similares al cerebro, como el reconocimiento facial y la traducción de idiomas, pero las propias computadoras aún tienen que funcionar como cerebros.

"Las computadoras tienen unidades de procesamiento y almacenamiento de memoria separadas, mientras que el cerebro usa neuronas para realizar ambas funciones, ", dijo Mark C. Hersam de la Northwestern University." Las redes neuronales pueden lograr una computación complicada con un consumo de energía significativamente menor en comparación con una computadora digital ".

En años recientes, Los investigadores han buscado formas de hacer que las computadoras sean más neuromórficas, o como un cerebro, con el fin de realizar tareas cada vez más complicadas con alta eficiencia. Ahora Hersam, un Profesor Walter P. Murphy de Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern, y su equipo están acercando al mundo a la realización de este objetivo.

El equipo de investigación ha desarrollado un dispositivo novedoso llamado "memtransistor, "que funciona de manera muy similar a una neurona al realizar el procesamiento de la memoria y la información. Con características combinadas de un memristor y un transistor, el memtransistor también abarca múltiples terminales que operan de manera más similar a una red neuronal.

Con el apoyo del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y la Fundación Nacional de Ciencias, la investigación se publicó en línea hoy, 22 de febrero en Naturaleza . Vinod K. Sangwan y Hong-Sub Lee, becarios postdoctorales asesorados por Hersam, sirvieron como co-primeros autores del artículo.

El memtransistor se basa en el trabajo publicado en 2015, en el que Hersam, Sangwan, y sus colaboradores utilizaron disulfuro de molibdeno de una sola capa (MoS2) para crear un memristor sintonizable en la puerta para almacenamiento de memoria digital confiable. Memristor, que es la abreviatura de "resistencias de memoria, "son resistencias en una corriente que" recuerdan "el voltaje que se les aplicó previamente. Los memristores típicos son dispositivos electrónicos de dos terminales, que solo puede controlar un canal de voltaje. Al transformarlo en un dispositivo de tres terminales, Hersam allanó el camino para que los memristores se usaran en circuitos y sistemas electrónicos más complejos, como la computación neuromórfica.

Para desarrollar el memtransistor, El equipo de Hersam volvió a utilizar MoS2 atómicamente delgado con límites de grano bien definidos, que influyen en el flujo de corriente. Similar a la forma en que se disponen las fibras en la madera, los átomos se organizan en dominios ordenados, llamados "granos", dentro de un material. Cuando se aplica un gran voltaje, los límites de los granos facilitan el movimiento atómico, provocando un cambio en la resistencia.

"Dado que el disulfuro de molibdeno es atómicamente delgado, es fácilmente influenciado por campos eléctricos aplicados, "Explicó Hersam." Esta propiedad nos permite hacer un transistor. Las características del memristor provienen del hecho de que los defectos en el material son relativamente móviles, especialmente en presencia de límites de grano ".

Pero a diferencia de su memristor anterior, que usó individuo, pequeños copos de MoS2, El memtransistor de Hersam utiliza una película continua de MoS2 policristalino que comprende una gran cantidad de escamas más pequeñas. Esto permitió al equipo de investigación escalar el dispositivo de una sola escama a muchos dispositivos en una oblea completa.

"Cuando la longitud del dispositivo es mayor que el tamaño de grano individual, tiene la garantía de tener límites de grano en todos los dispositivos a lo largo de la oblea, "Hersam dijo." Por lo tanto, vemos reproducible, respuestas memristivas ajustables a la puerta en grandes conjuntos de dispositivos ".

Después de fabricar memtransistores uniformemente en una oblea completa, El equipo de Hersam agregó contactos eléctricos adicionales. Los transistores típicos y el memristor desarrollado previamente por Hersam tienen cada uno tres terminales. En su nuevo periódico, sin embargo, el equipo se dio cuenta de un dispositivo de siete terminales, en el que un terminal controla la corriente entre los otros seis terminales.

"Esto es aún más similar a las neuronas del cerebro, "Hersam dijo, "porque en el cerebro, normalmente no tenemos una neurona conectada a otra neurona. En lugar de, una neurona está conectada a muchas otras neuronas para formar una red. La estructura de nuestro dispositivo permite múltiples contactos, que es similar a las múltiples sinapsis en las neuronas ".

Próximo, Hersam y su equipo están trabajando para hacer que el memtransistor sea más rápido y más pequeño. Hersam también planea continuar ampliando el dispositivo para fines de fabricación.

"Creemos que el memtransistor puede ser un elemento de circuito fundamental para nuevas formas de computación neuromórfica, ", dijo." Sin embargo, haciendo decenas de dispositivos, como lo hemos hecho en nuestro periódico, es diferente a ganar mil millones, que se hace con la tecnología de transistores convencional en la actualidad. Hasta ahora, no vemos ninguna barrera fundamental que impida una mayor ampliación de nuestro enfoque ".