A sinistra:una rappresentazione semplificata di una piccola parte del cervello:i neuroni ricevono, elaborare e trasmettere segnali attraverso le sinapsi. A destra:un array di barre incrociate, che è una possibile architettura di come questo potrebbe essere realizzato con i dispositivi. I memristori, come sinapsi nel cervello, possono cambiare la loro conduttività in modo che le connessioni possano essere indebolite e rafforzate. Credito:gruppo Spintronica dei materiali funzionali, Università di Groninga
I bit del computer sono binari, con valore zero o uno. Al contrario, i neuroni nel cervello possono avere molti stati interni, a seconda dell'input che ricevono. Ciò consente al cervello di elaborare le informazioni in modo più efficiente dal punto di vista energetico rispetto a un computer. I fisici dell'Università di Groningen (UG) stanno lavorando su memristori realizzati con titanato di stronzio drogato con niobio, che imitano la funzione dei neuroni. I loro risultati sono stati pubblicati nel Rivista di fisica applicata il 21 ottobre.
Il ricercatore UG Anouk Goossens, il primo autore del saggio, memristori testati realizzati con titanato di stronzio drogato con niobio. La conduttività dei memristori è controllata da un campo elettrico in modo analogico:"Utilizziamo la capacità del sistema di commutare la resistenza. Applicando impulsi di tensione, possiamo controllare la resistenza, e usando una bassa tensione leggiamo la corrente in diversi stati. La forza dell'impulso determina la resistenza nel dispositivo. Abbiamo dimostrato che un rapporto di resistenza di almeno 1000 è realizzabile. Abbiamo quindi misurato ciò che è accaduto nel tempo." Goossens era particolarmente interessato alle dinamiche temporali degli stati di resistenza.
Osservò che la durata dell'impulso con cui era impostata la resistenza determinava la durata della memoria. Questo potrebbe essere compreso tra una e quattro ore per impulsi della durata compresa tra un secondo e due minuti. Per di più, ha scoperto che dopo 100 cicli di commutazione, il materiale non mostrava segni di affaticamento.
"Ci sono diverse cose che potresti fare con questo, " dice Goossens. "Insegnando al dispositivo in modi diversi, utilizzando impulsi diversi, possiamo cambiare il suo comportamento".
Anche il fatto che la resistenza cambi nel tempo può essere utile. "Questi sistemi possono dimenticare, proprio come il cervello. Mi permette di usare il tempo come parametro variabile." Inoltre, i dispositivi realizzati da Goossens combinano memoria ed elaborazione in un unico dispositivo, che è più efficiente dell'architettura informatica tradizionale in cui l'archiviazione (su dischi rigidi magnetici) e l'elaborazione (nella CPU) sono separati.
Goossens ha condotto gli esperimenti descritti nell'articolo durante un progetto di ricerca nell'ambito del programma di laurea magistrale in Nanoscienze presso l'Università di Groningen. Il progetto di ricerca di Goossens si è svolto all'interno del gruppo di studenti supervisionati dalla dott.ssa Tamalika Banerjee di Spintronics of Functional Materials. Ora è un dottorato di ricerca. studente nello stesso gruppo.
Prima di costruire circuiti simili al cervello con il suo dispositivo, Goossens prevede di condurre esperimenti per capire cosa succede all'interno del materiale. "Se non sappiamo esattamente come funziona, non siamo in grado di risolvere eventuali problemi che potrebbero verificarsi in questi circuiti. Quindi dobbiamo capire le proprietà fisiche del materiale:cosa fa, e perché?"
Le domande a cui Goossens vuole rispondere includono quali parametri influenzano gli stati raggiunti. "E se produciamo 100 di questi dispositivi, funzionano tutti allo stesso modo? Se non lo fanno, e c'è una variazione da dispositivo a dispositivo, non deve essere un problema. Dopotutto, non tutti gli elementi del cervello sono uguali".
