Gli scienziati di Jülich, insieme ai colleghi di Aquisgrana e di Torino, hanno prodotto un elemento memristivo composto da nanofili che funziona più o meno allo stesso modo di una cellula nervosa biologica. Il componente è in grado di salvare ed elaborare informazioni, oltre a ricevere numerosi segnali in parallelo. La cella di commutazione resistiva realizzata con nanofili di cristalli di ossido è quindi un candidato ideale per l'uso nella costruzione di processori "neuromorfici" bioispirati, in grado di assumere le diverse funzioni delle sinapsi biologiche e dei neuroni.

I computer hanno imparato molto negli ultimi anni. Grazie ai rapidi progressi dell'intelligenza artificiale sono ora in grado di guidare automobili, tradurre testi, sconfiggi i campioni del mondo a scacchi, e molto altro ancora. Così facendo, una delle maggiori sfide risiede nel tentativo di riprodurre artificialmente l'elaborazione del segnale nel cervello umano. Nelle reti neurali, i dati vengono archiviati ed elaborati ad alto livello in parallelo. computer tradizionali, d'altra parte, svolgere rapidamente i compiti in successione e distinguere chiaramente tra la memorizzazione e l'elaborazione delle informazioni. Di regola, le reti neurali possono essere simulate solo in modo molto ingombrante e inefficiente utilizzando hardware convenzionale.

I sistemi con chip neuromorfici che imitano il modo in cui funziona il cervello umano offrono vantaggi significativi. Questi tipi di computer funzionano in modo decentralizzato, avendo a disposizione una moltitudine di processori, quale, come i neuroni nel cervello, sono collegati tra loro da reti. Se un processore si guasta, un altro può assumere la sua funzione. Inoltre, proprio come nel cervello, dove la pratica porta a un migliore trasferimento del segnale, un processore bioispirato dovrebbe avere la capacità di apprendere.

"Con l'odierna tecnologia dei semiconduttori, queste funzioni sono in una certa misura già realizzabili. Questi sistemi sono, però, adatti ad applicazioni particolari e richiedono molto spazio ed energia, " afferma il dott. Ilia Valov del Forschungszentrum Jülich. "I nostri dispositivi a nanofili realizzati con cristalli di ossido di zinco possono elaborare intrinsecamente e persino memorizzare informazioni, e sono estremamente piccoli ed efficienti dal punto di vista energetico."

Per anni, alle cellule memristive sono state attribuite le migliori possibilità di assumere la funzione di neuroni e sinapsi nei computer bioispirati. Modificano la loro resistenza elettrica a seconda dell'intensità e della direzione della corrente elettrica che li attraversa. A differenza dei transistor convenzionali, il loro ultimo valore di resistenza rimane intatto anche quando viene tolta la corrente elettrica. I memristori sono quindi fondamentalmente in grado di apprendere.

Per creare queste proprietà, gli scienziati del Forschungszentrum Jülich e della RWTH Aachen University hanno utilizzato un singolo nanofilo di ossido di zinco, prodotti dai loro colleghi del Politecnico di Torino. Misurando circa un 10, 000esimo di millimetro di dimensione, questo tipo di nanofilo è superiore a 1, 000 volte più sottile di un capello umano. La componente memristiva risultante non solo occupa una piccola quantità di spazio, ma è anche in grado di cambiare molto più velocemente della memoria flash.

I nanofili offrono nuove proprietà fisiche promettenti rispetto ad altri solidi e sono utilizzati tra l'altro nello sviluppo di nuovi tipi di celle solari, sensori, batterie e chip per computer. La loro fabbricazione è relativamente semplice. I nanofili risultano dalla deposizione per evaporazione di materiali specificati su un substrato adatto, dove crescono praticamente da soli.

Per creare una cellula funzionante, entrambe le estremità del nanofilo devono essere fissate a metalli idonei, in questo caso platino e argento. I metalli funzionano come elettrodi, e in aggiunta, rilasciare ioni innescati da una opportuna corrente elettrica. Gli ioni metallici sono in grado di diffondersi sulla superficie del filo e costruire un ponte per alterarne la conduttività.

I componenti realizzati da singoli nanofili sono, però, ancora troppo isolato per essere di utilità pratica nei chip. Di conseguenza, il prossimo passo pianificato dai ricercatori Jülich e Torino è quello di produrre e studiare un elemento memristivo, composto da un più grande, relativamente facile da generare gruppi di diverse centinaia di nanofili che offrono funzionalità più interessanti.