Il cervello umano, nutrito solo con l'apporto calorico di una dieta modesta, supera facilmente i supercomputer all'avanguardia alimentati da input energetici su vasta scala della stazione. La differenza deriva dai molteplici stati dei processi cerebrali rispetto ai due stati binari dei processori digitali, nonché la capacità di memorizzare le informazioni senza consumo di energia:memoria non volatile. Queste inefficienze nei computer convenzionali di oggi hanno suscitato un grande interesse nello sviluppo di sinapsi sintetiche da utilizzare nei computer che possono imitare il modo in cui funziona il cervello. Ora, ricercatori del King's College di Londra, UK, rapporto in ACS Nano Lettere una serie di dispositivi nanorod che imitano il cervello più da vicino che mai. I dispositivi possono trovare applicazioni nelle reti neurali artificiali.

Gli sforzi per emulare le sinapsi biologiche hanno ruotato attorno a tipi di memristori con diversi stati di resistenza che agiscono come memoria. Però, a differenza del cervello, i dispositivi riportati finora hanno tutti bisogno di una tensione elettrica a polarità inversa per riportarli allo stato iniziale. "Nel cervello un cambiamento nell'ambiente chimico cambia l'output, " spiega Anatoly Zayats, un professore al King's College di Londra che ha guidato il team dietro i recenti risultati. I ricercatori del King's College di Londra sono stati ora in grado di dimostrare questo comportamento simile al cervello anche nelle loro sinapsi sinaptiche.

Zayats e il team costruiscono una serie di nanobarre d'oro sormontate da una giunzione polimerica (poli-L-istidina, PLH) a un contatto metallico. Sia la luce che una tensione elettrica possono eccitare i plasmoni, oscillazioni collettive di elettroni. I plasmoni rilasciano elettroni caldi nel PLH, cambiando gradualmente la chimica del polimero, e quindi modificandolo per avere diversi livelli di conduttività o emissività della luce. Il modo in cui cambia il polimero dipende dal fatto che l'ossigeno o l'idrogeno lo circondino. Un ambiente chimico di azoto chimicamente inerte conserverà lo stato senza alcun apporto energetico richiesto in modo che agisca come memoria non volatile.

La giunzione può essere impostata e letta sia otticamente che elettricamente oppure impostata in un senso e letta nell'altro consentendo una grande versatilità. "Un vantaggio del controllo ottico è che puoi commutare e leggere il dispositivo in modalità wireless, " dice Zayats. La preferenza per le operazioni elettriche o ottiche dipende dall'applicazione, ma come sottolinea, ci sono stati numerosi tentativi di creare circuiti neuromorfici che calcolano come fa il cervello, e se introduci la commutazione ottica o la lettura puoi calcolare più velocemente.

I ricercatori si sono imbattuti nel comportamento perfettamente sinaptico della giunzione polimerica durante gli esperimenti per sviluppare una sorgente di luce su nanoscala. Avevano costruito diverse giunzioni tunnel PLH, e ho notato che la fonte di luce non era stabile in aria o idrogeno. "Per caso ho letto un articolo sulle sinapsi e sul pensiero:questa è la nostra fonte di luce, " dice Zayats. "E 'stato completamente per caso."

La densità degli array di nanobarre sinaptiche secondo Zayats e colleghi si avvicina in modo impressionante alla densità sinaptica del cervello, inferiore di appena un fattore di migliaia o giù di lì. La prossima sfida sarà trovare un modo per cambiare le singole nanobarre invece dell'intero array, il che li avvicinerebbe ancora di un altro passo all'imitazione del cervello.