Le cerveau humain, nourris uniquement de l'apport calorique d'un régime modeste, surpasse facilement les superordinateurs de pointe alimentés par des entrées d'énergie de station à grande échelle. La différence provient des multiples états des processus cérébraux par rapport aux deux états binaires des processeurs numériques, ainsi que la capacité de stocker des informations sans consommation d'énergie—mémoire non volatile. Ces inefficacités dans les ordinateurs conventionnels d'aujourd'hui ont suscité un grand intérêt pour le développement de synapses synthétiques à utiliser dans les ordinateurs qui peuvent imiter le fonctionnement du cerveau. Maintenant, chercheurs du King's College de Londres, ROYAUME-UNI, rapport dans ACS Nano Lettres un ensemble de dispositifs à nanotiges qui imitent le cerveau plus fidèlement que jamais. Les appareils peuvent trouver des applications dans les réseaux de neurones artificiels.

Les efforts pour émuler les synapses biologiques ont tourné autour de types de memristors avec différents états de résistance qui agissent comme de la mémoire. Cependant, contrairement au cerveau, les appareils rapportés jusqu'à présent ont tous eu besoin d'une tension électrique à polarité inversée pour les remettre à l'état initial. "Dans le cerveau, un changement dans l'environnement chimique modifie la production, " explique Anatoly Zayats, un professeur au King's College de Londres qui a dirigé l'équipe derrière les récents résultats. Les chercheurs du King's College de Londres ont maintenant pu démontrer ce comportement semblable à celui du cerveau dans leurs synapses synaptiques également.

Zayats et son équipe construisent un ensemble de nanotiges d'or surmontées d'une jonction polymère (poly-L-histidine, PLH) à un contact métallique. La lumière ou une tension électrique peuvent exciter les plasmons, c'est-à-dire les oscillations collectives d'électrons. Les plasmons libèrent des électrons chauds dans le PLH, changer progressivement la chimie du polymère, et donc le changer pour avoir différents niveaux de conductivité ou d'émissivité lumineuse. Comment le polymère change dépend de si l'oxygène ou l'hydrogène l'entoure. Un environnement chimique d'azote chimiquement inerte préservera l'état sans aucun apport d'énergie requis afin qu'il agisse comme une mémoire non volatile.

La jonction peut être réglée et lue optiquement ou électriquement ou réglée dans un sens et lire dans l'autre, ce qui permet une grande polyvalence. "L'un des avantages du contrôle optique est que vous pouvez commuter et lire l'appareil sans fil, " dit Zayats. La préférence pour les opérations électriques ou optiques dépend de l'application, mais comme il le fait remarquer, il y a eu un certain nombre de tentatives pour créer des circuits neuromorphiques qui calculent le fonctionnement du cerveau, et si vous introduisez une commutation optique ou une lecture, vous pouvez calculer plus rapidement.

Les chercheurs sont tombés sur le comportement parfaitement synaptique de la jonction polymère lors d'expériences visant à développer une source de lumière à l'échelle nanométrique. Ils avaient construit différentes jonctions tunnel PLH, et a remarqué que la source lumineuse n'était pas stable dans l'air ou l'hydrogène. "Par chance, j'ai lu un article sur les synapses et la pensée - c'est notre source de lumière, " dit Zayats. " C'était complètement par hasard. "

La densité des réseaux de nanotiges synaptiques selon Zayats et ses collègues se rapproche de manière impressionnante de la densité synaptique du cerveau, en deçà d'un facteur de mille environ. Le prochain défi sera de trouver un moyen de changer les nanotiges individuelles au lieu de l'ensemble du réseau, ce qui les rapprocherait encore plus de l'imitation du cerveau.