Des scientifiques de Jülich et des collègues d'Aix-la-Chapelle et de Turin ont produit un élément memristif fabriqué à partir de nanofils qui fonctionne à peu près de la même manière qu'une cellule nerveuse biologique. Le composant est capable d'enregistrer et de traiter des informations, ainsi que de recevoir de nombreux signaux en parallèle. La cellule de commutation résistive constituée de nanofils de cristal d'oxyde est donc un candidat idéal pour une utilisation dans la construction de processeurs "neuromorphes" bioinspirés, capable de prendre en charge les diverses fonctions des synapses biologiques et des neurones.

Les ordinateurs ont beaucoup appris ces dernières années. Grâce aux progrès rapides de l'intelligence artificielle, ils sont désormais capables de conduire des voitures, traduire des textes, vaincre les champions du monde aux échecs, et bien plus encore. Ce faisant, l'un des plus grands défis réside dans la tentative de reproduire artificiellement le traitement du signal dans le cerveau humain. Dans les réseaux de neurones, les données sont stockées et traitées dans une large mesure en parallèle. Ordinateurs traditionnels, d'autre part, exécuter rapidement des tâches successives et faire une distinction claire entre le stockage et le traitement des informations. Comme règle, les réseaux de neurones ne peuvent être simulés que de manière très lourde et inefficace en utilisant du matériel conventionnel.

Les systèmes dotés de puces neuromorphiques qui imitent le fonctionnement du cerveau humain offrent des avantages significatifs. Ces types d'ordinateurs fonctionnent de manière décentralisée, ayant à leur disposition une multitude de processeurs, lequel, comme les neurones du cerveau, sont reliés entre eux par des réseaux. Si un processeur tombe en panne, un autre peut prendre sa fonction. De plus, comme dans le cerveau, où la pratique conduit à un meilleur transfert de signal, un processeur bio-inspiré devrait avoir la capacité d'apprendre.

"Avec la technologie des semi-conducteurs d'aujourd'hui, ces fonctions sont dans une certaine mesure déjà réalisables. Ces systèmes sont, cependant, adapté à des applications particulières et nécessite beaucoup d'espace et d'énergie, ", explique le Dr Ilia Valov du Forschungszentrum Jülich. "Nos dispositifs à nanofils fabriqués à partir de cristaux d'oxyde de zinc peuvent traiter et même stocker des informations de manière inhérente, et sont extrêmement petits et économes en énergie.

Pendant des années, les cellules memristives ont été attribuées les meilleures chances de prendre en charge la fonction des neurones et des synapses dans les ordinateurs bioinspirés. Ils modifient leur résistance électrique en fonction de l'intensité et de la direction du courant électrique qui les traverse. Contrairement aux transistors classiques, leur dernière valeur de résistance reste intacte même lorsque le courant électrique est coupé. Les memristors sont donc fondamentalement capables d'apprendre.

Pour créer ces propriétés, des scientifiques du Forschungszentrum Jülich et de l'université RWTH d'Aix-la-Chapelle ont utilisé un seul nanofil d'oxyde de zinc, réalisés par leurs collègues de l'université polytechnique de Turin. Mesurant environ un 10, Taille du millième de millimètre, ce type de nanofil est supérieur à 1, 000 fois plus fin qu'un cheveu humain. Le composant memristif résultant prend non seulement une infime quantité d'espace, mais est également capable de basculer beaucoup plus rapidement que la mémoire flash.

Les nanofils offrent de nouvelles propriétés physiques prometteuses par rapport à d'autres solides et sont utilisés entre autres dans le développement de nouveaux types de cellules solaires, capteurs, piles et puces informatiques. Leur fabrication est relativement simple. Les nanofils résultent du dépôt par évaporation de matériaux spécifiés sur un substrat approprié, où ils poussent pratiquement d'eux-mêmes.

Afin de créer une cellule fonctionnelle, les deux extrémités du nanofil doivent être attachées à des métaux appropriés, dans ce cas le platine et l'argent. Les métaux fonctionnent comme des électrodes, et en plus, libérer des ions déclenchés par un courant électrique approprié. Les ions métalliques sont capables de se répandre sur la surface du fil et de construire un pont pour modifier sa conductivité.

Les composants fabriqués à partir de nanofils simples sont, cependant, encore trop isolé pour être utile dans les puces. Par conséquent, la prochaine étape envisagée par les chercheurs de Jülich et Turin est de produire et d'étudier un élément memristif, composé d'un plus grand, groupe relativement facile à générer de plusieurs centaines de nanofils offrant des fonctionnalités plus intéressantes.