Les algorithmes informatiques pourraient exécuter des fonctions semblables à celles du cerveau, comme la reconnaissance faciale et la traduction linguistique, mais les ordinateurs eux-mêmes doivent encore fonctionner comme des cerveaux.

« Les ordinateurs ont des unités de traitement et de stockage en mémoire distinctes, alors que le cerveau utilise des neurones pour remplir les deux fonctions, ", a déclaré Mark C. Hersam de la Northwestern University. "Les réseaux de neurones peuvent réaliser des calculs complexes avec une consommation d'énergie nettement inférieure à celle d'un ordinateur numérique."

Dans les années récentes, les chercheurs ont cherché des moyens de rendre les ordinateurs plus neuromorphes, ou semblable à un cerveau, afin d'effectuer des tâches de plus en plus compliquées avec une grande efficacité. Maintenant Hersam, un professeur Walter P. Murphy de science et d'ingénierie des matériaux à la McCormick School of Engineering de Northwestern, et son équipe rapprochent le monde de la réalisation de cet objectif.

L'équipe de recherche a développé un nouveau dispositif appelé "memtransistor, " qui fonctionne un peu comme un neurone en effectuant à la fois le traitement de la mémoire et de l'information. Avec les caractéristiques combinées d'un memristor et d'un transistor, le memtransistor englobe également plusieurs terminaux qui fonctionnent de manière plus similaire à un réseau neuronal.

Soutenu par le National Institute of Standards and Technology et la National Science Foundation, la recherche a été publiée en ligne aujourd'hui, 22 février dans La nature . Vinod K. Sangwan et Hong-Sub Lee, stagiaires postdoctoraux conseillés par Hersam, ont été les co-premiers auteurs de l'article.

Le memtransistor s'appuie sur des travaux publiés en 2015, dans laquelle Hersam, Sangwan, et leurs collaborateurs ont utilisé du disulfure de molybdène monocouche (MoS2) pour créer un Memristor accordable par gate pour rapide, stockage de mémoire numérique fiable. Memristor, qui est l'abréviation de "résistances mémoire, " sont des résistances dans un courant qui "se souviennent" de la tension qui leur a été précédemment appliquée. Les memristors typiques sont des dispositifs électroniques à deux bornes, qui ne peut contrôler qu'un seul canal de tension. En le transformant en un appareil à trois bornes, Hersam a ouvert la voie à l'utilisation de memristors dans des circuits et systèmes électroniques plus complexes, comme l'informatique neuromorphique.

Pour développer le memtransistor, L'équipe d'Hersam a de nouveau utilisé du MoS2 atomiquement mince avec des joints de grains bien définis, qui influencent le passage du courant. Semblable à la façon dont les fibres sont disposées dans le bois, les atomes sont disposés en domaines ordonnés - appelés "grains" - au sein d'un matériau. Lorsqu'une tension élevée est appliquée, les joints de grains facilitent le mouvement atomique, provoquant un changement de résistance.

"Parce que le bisulfure de molybdène est atomiquement mince, il est facilement influencé par les champs électriques appliqués, " explique Hersam. " Cette propriété nous permet de fabriquer un transistor. Les caractéristiques des memristors viennent du fait que les défauts du matériau sont relativement mobiles, surtout en présence de joints de grains."

Mais contrairement à son précédent memristor, qui a utilisé l'individu, petits flocons de MoS2, Le memtransistor d'Hersam utilise un film continu de MoS2 polycristallin qui comprend un grand nombre de petits flocons. Cela a permis à l'équipe de recherche de faire évoluer l'appareil d'un flocon à plusieurs appareils sur une tranche entière.

"Lorsque la longueur de l'appareil est supérieure à la granulométrie individuelle, vous êtes assuré d'avoir des joints de grains dans chaque appareil à travers la plaquette, " dit Hersam. " Ainsi, nous voyons reproductible, réponses memristives accordables par gate sur de larges réseaux d'appareils."

Après avoir fabriqué des memtransistors uniformément sur une tranche entière, L'équipe Hersam a ajouté des contacts électriques supplémentaires. Les transistors typiques et le memristor développé précédemment par Hersam ont chacun trois bornes. Dans leur nouveau papier, cependant, l'équipe a réalisé un dispositif à sept bornes, dans lequel une borne contrôle le courant parmi les six autres bornes.

"C'est encore plus similaire aux neurones du cerveau, " Hersam dit, "parce que dans le cerveau, nous n'avons généralement pas un neurone connecté à un seul autre neurone. Au lieu, un neurone est connecté à plusieurs autres neurones pour former un réseau. Notre structure d'appareil permet des contacts multiples, qui est similaire aux multiples synapses dans les neurones."

Prochain, Hersam et son équipe travaillent à rendre le memtransistor plus rapide et plus petit. Hersam prévoit également de continuer à développer l'appareil à des fins de fabrication.

"Nous pensons que le memtransistor peut être un élément de circuit fondamental pour de nouvelles formes de calcul neuromorphique, " dit-il. " Cependant, fabriquer des dizaines d'appareils, comme nous l'avons fait dans notre article, est différent de gagner un milliard, ce qui se fait aujourd'hui avec la technologie classique des transistors. Jusqu'ici, nous ne voyons pas d'obstacles fondamentaux qui empêcheront une nouvelle intensification de notre approche. »