Rappresentazione dei neuroni e delle sinapsi nel cervello umano. La sinapsi ingrandita rappresenta la porzione imitata utilizzando dispositivi a stato solido. Credito:Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST)
Un team di ricerca guidato dal direttore Myoung-Jae Lee dell'Intelligent Devices and Systems Research Group del DGIST è riuscito a sviluppare un dispositivo sinaptico artificiale che imita la funzione delle cellule nervose (neuroni) e delle sinapsi responsabili della memoria nel cervello umano.
Le sinapsi sono i punti di incontro di assoni e dendriti che consentono ai neuroni del cervello umano di inviare e ricevere segnali nervosi; si sa che ci sono centinaia di trilioni di sinapsi nel cervello umano. Il team di ricerca del Dr. Lee, insieme ai suoi collaboratori, hanno sviluppato un dispositivo sinaptico artificiale ad alta affidabilità con più valori strutturando l'ossido di tantalio, un materiale transmetallico, in due strati di Ta 2 oh 5-x e TaO 2-x e controllandone la superficie.
Il dispositivo sinaptico artificiale sviluppato dal team di ricerca è un dispositivo sinaptico elettrico che simula la funzione delle sinapsi nel cervello mentre la resistenza dello strato di ossido di tantalio aumenta o diminuisce gradualmente a seconda della forza dei segnali elettrici. Ha superato i limiti di durata dei dispositivi attuali consentendo il controllo della corrente su un singolo strato di Ta 2 oh 5-x .
Inoltre, il team di ricerca ha implementato con successo un esperimento che ha realizzato la plasticità delle sinapsi, che è il processo di creazione, immagazzinare, e cancellando i ricordi, come il rafforzamento a lungo termine o la soppressione della cancellazione della memoria regolando la forza della connessione sinapsi tra i neuroni.
Il dispositivo di archiviazione dati multivalore non volatile ha un ingombro ridotto, riducendo la complessità della connessione del circuito, e riducendo il consumo energetico di oltre 1000 rispetto ai metodi di memorizzazione dei dati basati su segnali digitali che utilizzano zeri e uno, come la memoria CMOS volatile.
Il dispositivo sinaptico artificiale ad alta affidabilità sviluppato dal team di ricerca può essere utilizzato in dispositivi o circuiti a bassissima potenza per elaborare enormi quantità di dati grazie alla sua capacità di aritmetica parallela a bassa potenza. Ha applicazioni nelle tecnologie dei dispositivi a semiconduttore intelligenti di prossima generazione come l'intelligenza artificiale (AI), machine learning e deep learning e semiconduttori che imitano il cervello.
Il dottor Lee ha detto, "Questa ricerca ha assicurato l'affidabilità dei dispositivi sinaptici artificiali esistenti e ha migliorato le aree indicate come svantaggi. Ci aspettiamo di contribuire allo sviluppo dell'IA basata sul sistema neuromorfo che imita il cervello umano creando un circuito che imita la funzione dei neuroni. "
