El cerebro humano, alimentado solo con el aporte calórico de una dieta modesta, supera fácilmente a las supercomputadoras de última generación alimentadas por entradas de energía de la estación a gran escala. La diferencia se debe a los múltiples estados de los procesos cerebrales frente a los dos estados binarios de los procesadores digitales, así como la capacidad de almacenar información sin consumo de energía:memoria no volátil. Estas ineficiencias en las computadoras convencionales de hoy en día han provocado un gran interés en el desarrollo de sinapsis sintéticas para su uso en computadoras que pueden imitar la forma en que funciona el cerebro. Ahora, investigadores del King's College de Londres, REINO UNIDO, informe en Letras Nano ACS una serie de dispositivos de nanovarillas que imitan el cerebro más de cerca que nunca. Los dispositivos pueden encontrar aplicaciones en redes neuronales artificiales.

Los esfuerzos para emular las sinapsis biológicas han girado en torno a tipos de memristores con diferentes estados de resistencia que actúan como memoria. Sin embargo, a diferencia del cerebro, los dispositivos informados hasta ahora han necesitado un voltaje eléctrico de polaridad inversa para restablecerlos al estado inicial. "En el cerebro, un cambio en el entorno químico modifica la producción, "explica Anatoly Zayats, un profesor del King's College de Londres que lideró el equipo detrás de los resultados recientes. Los investigadores del King's College de Londres también han podido demostrar este comportamiento similar al del cerebro en sus sinapsis sinápticas.

Zayats y su equipo construyen una serie de nanobarras de oro rematadas con una unión de polímero (poli-L-histidina, PLH) a un contacto metálico. Tanto la luz como un voltaje eléctrico pueden excitar plasmones, oscilaciones colectivas de electrones. Los plasmones liberan electrones calientes en el PLH, cambiando gradualmente la química del polímero, y por lo tanto cambiarlo para que tenga diferentes niveles de conductividad o emisividad de luz. La forma en que cambia el polímero depende de si lo rodea oxígeno o hidrógeno. Un ambiente químico de nitrógeno químicamente inerte preservará el estado sin ningún aporte de energía requerido para que actúe como memoria no volátil.

La unión se puede configurar y leer de forma óptica o eléctrica o configurar de una manera y leer de la otra, lo que permite una gran versatilidad. "Una ventaja del control óptico es que puede cambiar y leer el dispositivo de forma inalámbrica, ", dice Zayats. La preferencia por las operaciones eléctricas u ópticas depende de la aplicación, pero como él señala, Ha habido varios intentos de crear circuitos neuromórficos que calculan la forma en que lo hace el cerebro, y si introduce la conmutación óptica o la lectura, podrá calcular más rápido.

Los investigadores tropezaron con el comportamiento perfectamente sináptico de la unión polimérica durante los experimentos para desarrollar una fuente de luz a nanoescala. Habían construido diferentes uniones PLH de túneles, y notó que la fuente de luz no era estable en aire o hidrógeno. "Por casualidad leí un artículo sobre sinapsis y pensamiento:esa es nuestra fuente de luz, "dice Zayats." Fue completamente por casualidad ".

Zayats y sus colegas informan que la densidad de las matrices de nanobarras sinápticas se acerca de manera impresionante a la densidad sináptica del cerebro, quedando corto por solo un factor de mil más o menos. El próximo desafío será encontrar una manera de cambiar nanobarras individuales en lugar de toda la matriz, lo que los acercaría un paso más a imitar el cerebro.