Инженеры из Техасского университета в Остине соединили графен и нафион для создания транзисторов. Комбинированное устройство имитирует основные свойства нейронов мозга, в том числе связи способны «укрепляться» в случае частого использования.

Нафион — это полимерные электролитические мембраны, которые обеспечивают высокую ионную проводимость, не позволяя газообразным реагентам проникать в ее катодные и анодные области. В своей работе исследователи объединили нафион, графен и пленку из золота для создания транзистора. Новое устройство использует сухую ионоселективную мембрану, обеспечивающую долговременное потенцирование, при примерно 50 аДж/мкм².

Графеновый транзистор. Устройство состоит из графена, нафиона и золотых контактов. Изображение: Dmitry Kireev et al., Nature Communications

Исследования созданного транзистора показали, что он обеспечивает улучшение проводимости при долговременном использовании, своеобразный аналог нейронной мышечной памяти. В нейрокомпьютерах такая функция позволит устройству после обучения лучше справляться с такими задачами, как распознавание и интерпретация изображений, и делать это быстрее.

Еще одно преимущество новых устройств — биосовместимость. Это означает, что они могут взаимодействовать с живыми клетками и тканями. Это открывает возможности для их применения в медицинских устройствах, которые вступают в контакт с человеческим телом. Большинство материалов, используемых в нейрокомпьютерах, токсичны, отмечают авторы работы, это создает преимущество новой технологии.

С увеличением количества данных создание устройств, способных оперировать большими массивами информации и быстро обучаться, становится критически важным. Это требует постоянной экстраполяции, интерполяции и классификации, отмечают ученые. Классические компьютерные схемы на основе архитектуры фон Неймана, которые используют совместное хранение данных и операций, не справляются с вызовом.

Компьютеры, которые думают как мозг, могут делать гораздо больше, чем современные устройства. И, имитируя синапсы, мы можем создать устройства, которые учатся на лету, не требуя сложных методов обучения, которые требуют так много энергии, – Джин Энн Инкорвиа, доцент Школы инженерии Кокрелла Техасского университета в Остине и ведущий автор статьи.