Un nuovo transistor basato su materiali organici è stato sviluppato dagli scienziati dell'Università di Linköping. Ha la capacità di apprendere, ed è dotato di memoria sia a breve che a lungo termine. Il lavoro è un passo importante verso la creazione di una tecnologia che imiti il ​​cervello umano.

Fino ad ora, i cervelli sono stati unici nell'essere in grado di creare connessioni dove prima non ce n'erano. In un articolo scientifico in Scienze avanzate , i ricercatori dell'Università di Linköping descrivono un transistor in grado di creare una nuova connessione tra un ingresso e un'uscita. Hanno incorporato il transistor in un circuito elettronico che impara a collegare un determinato stimolo con un segnale di uscita, allo stesso modo in cui un cane apprende che il suono di una ciotola di cibo che viene preparata significa che la cena è in arrivo.

Un normale transistor funge da valvola che amplifica o smorza il segnale di uscita, a seconda delle caratteristiche del segnale in ingresso. Nel transistor elettrochimico organico sviluppato dai ricercatori, il canale nel transistor è costituito da un polimero conduttore elettropolimerizzato. Il canale può essere formato, cresciuto o rimpicciolito, o completamente eliminati durante il funzionamento. Può anche essere addestrato a reagire a un determinato stimolo, un certo segnale di ingresso, tale che il canale del transistor diventa più conduttivo e il segnale di uscita più grande.

"È la prima volta che viene mostrata la formazione in tempo reale di nuovi componenti elettronici in dispositivi neuromorfi", dice Simone Fabiano, ricercatore principale in nanoelettronica organica presso il Laboratorio di Elettronica Organica, Campus Norrköping.

Il canale viene cresciuto aumentando il grado di polimerizzazione del materiale nel canale del transistor, aumentando così il numero di catene polimeriche che conducono il segnale. In alternativa, il materiale può essere sovraossidato (applicando un alto voltaggio) e il canale diventa inattivo. Modifiche temporanee della conduttività possono essere ottenute anche drogando o dedopando il materiale.

"Abbiamo dimostrato che possiamo indurre cambiamenti sia a breve termine che permanenti nel modo in cui il transistor elabora le informazioni, che è vitale se si vuole imitare i modi in cui le cellule cerebrali comunicano tra loro", dice Jennifer Gerasimov, postdoc in nanoelettronica organica e uno degli autori dell'articolo.

Modificando il segnale di ingresso, la forza della risposta del transistor può essere modulata su un'ampia gamma, e le connessioni possono essere create dove prima non ne esistevano. Ciò conferisce al transistor un comportamento paragonabile a quello della sinapsi, o l'interfaccia di comunicazione tra due cellule cerebrali.

È anche un passo importante verso l'apprendimento automatico che utilizza l'elettronica organica. Le reti neurali artificiali basate su software sono attualmente utilizzate nell'apprendimento automatico per ottenere ciò che è noto come "apprendimento profondo". Il software richiede che i segnali vengano trasmessi tra un numero enorme di nodi per simulare una singola sinapsi, che richiede una notevole potenza di calcolo e quindi consuma una notevole energia.

"Abbiamo sviluppato hardware che fa la stessa cosa, utilizzando un unico componente elettronico", dice Jennifer Gerasimov.

"Il nostro transistor elettrochimico organico può quindi svolgere il lavoro di migliaia di normali transistor con un consumo di energia che si avvicina all'energia consumata quando un cervello umano trasmette segnali tra due cellule", conferma Simone Fabiano.

Il canale del transistor non è stato costruito utilizzando il polimero più comune utilizzato nell'elettronica organica, PEDOTTO, ma invece usando un polimero di un monomero di recente sviluppo, ETE-S, prodotto da Roger Gabrielsson, che lavora anche al Laboratorio di Elettronica Organica ed è uno degli autori dell'articolo. ETE-S ha diverse proprietà uniche che lo rendono perfettamente adatto per questa applicazione:forma catene polimeriche sufficientemente lunghe, è solubile in acqua mentre la forma polimerica non lo è, e produce polimeri con un livello di drogaggio intermedio. Il polimero PETE-S è prodotto nella sua forma drogata con una carica negativa intrinseca per bilanciare i portatori di carica positiva (è drogato con p).