Các nhà nghiên cứu của Đại học Autònoma de Barcelona đã phát triển một vật liệu từ tính có khả năng bắt chước cách bộ não lưu trữ thông tin. Vật liệu này lần đầu tiên có thể mô phỏng các khớp thần kinh của tế bào thần kinh và bắt chước quá trình học tập xảy ra trong giấc ngủ sâu.
Điện toán mô phỏng thần kinh là một mô hình điện toán mới trong đó hành vi của bộ não được mô phỏng bằng cách bắt chước các chức năng khớp thần kinh chính của tế bào thần kinh. Trong số các chức năng này có tính dẻo của tế bào thần kinh: khả năng lưu trữ hoặc quên thông tin tùy thuộc vào thời lượng và sự lặp lại của các xung điện kích thích tế bào thần kinh, một tính dẻo có liên quan đến học tập và trí nhớ.
>> Tham khảo: Các nhà khoa học thúc đẩy các tiêu chuẩn FAIR để quản lý các mô hình trí tuệ nhân tạo.
Trong số các vật liệu bắt chước các khớp thần kinh nơ-ron, vật liệu ghi điện trở, chất sắt điện, vật liệu bộ nhớ thay đổi pha, chất cách điện tô pô và gần đây hơn là vật liệu ion từ tính nổi bật. Trong trường hợp thứ hai, những thay đổi về tính chất từ được gây ra bởi sự dịch chuyển của các ion bên trong vật liệu gây ra bởi ứng dụng của điện trường.
Trong các vật liệu này, người ta đã biết rõ từ tính được điều biến như thế nào khi áp dụng điện trường, nhưng sự phát triển của các đặc tính từ tính khi dừng điện áp (nghĩa là sự phát triển sau khi kích thích) rất khó kiểm soát. Điều này làm cho việc mô phỏng một số chức năng lấy cảm hứng từ não trở nên phức tạp, chẳng hạn như duy trì hiệu quả học tập diễn ra ngay cả khi não ở trạng thái ngủ sâu (tức là không có kích thích bên ngoài).
Nghiên cứu này do các nhà nghiên cứu từ Khoa Vật lý Jordi Sort và Enric Menéndez của UAB đứng đầu, phối hợp với ALBA Synchrotron, Viện Khoa học Nano và Công nghệ Nano Catalan (ICN2) và ICMAB, đề xuất một phương pháp mới để kiểm soát sự phát triển của từ hóa cả hai. ở trạng thái kích thích và sau kích thích.
>> Tham khảo: Các quang điện cực thay đổi như thế nào khi tiếp xúc với nước.
Các nhà nghiên cứu đã phát triển một vật liệu dựa trên một lớp coban mononitride (CoN) mỏng, trong đó, bằng cách áp dụng một điện trường, có thể kiểm soát được sự tích tụ của các ion N tại giao diện giữa lớp và chất điện phân lỏng chứa lớp này.
Giáo sư nghiên cứu của ICREA Jordi Sort và Serra Húnter Tenure giải thích: “Vật liệu mới hoạt động với sự chuyển động của các ion được điều khiển bởi điện áp, theo cách tương tự như não của chúng ta và ở tốc độ tương tự như tốc độ được tạo ra trong tế bào thần kinh, ở mức mili giây”. -theo dõi Giáo sư Enric Menéndez.
Sort và Menéndez chỉ ra: “Chúng tôi đã phát triển một khớp thần kinh nhân tạo mà trong tương lai có thể là nền tảng của một mô hình điện toán mới, thay thế cho mô hình được sử dụng bởi các máy tính hiện tại”.
Bằng cách áp dụng các xung điện áp, có thể mô phỏng theo cách có kiểm soát các quy trình như bộ nhớ, xử lý thông tin, truy xuất thông tin và lần đầu tiên cập nhật thông tin có kiểm soát mà không cần áp dụng điện áp. Điều khiển này đã đạt được bằng cách sửa đổi độ dày của các lớp coban mononitride (xác định tốc độ chuyển động của các ion) và tần số của các xung.
Sự sắp xếp của vật liệu cho phép kiểm soát các đặc tính từ tính không chỉ khi đặt điện áp vào mà còn cả khi loại bỏ điện áp lần đầu tiên. Một khi kích thích điện áp bên ngoài biến mất, độ từ hóa của hệ thống có thể giảm hoặc tăng, tùy thuộc vào độ dày của vật liệu và giao thức cách điện áp đã được áp dụng trước đó.
>> Tham khảo: Không có dấu hiệu giảm lượng khí thải carbon dioxide toàn cầu.
Hiệu ứng mới này mở ra một loạt các cơ hội cho các chức năng điện toán thần kinh mới. Nó cung cấp một chức năng logic mới cho phép, ví dụ, khả năng bắt chước quá trình học hỏi của thần kinh diễn ra sau khi kích thích não bộ, khi chúng ta ngủ sâu. Chức năng này không thể được mô phỏng bởi bất kỳ loại vật liệu thần kinh hiện có nào khác.
“Khi độ dày của lớp coban mononitride dưới 50 nanomet và với điện áp được đặt ở tần số lớn hơn 100 chu kỳ mỗi giây, chúng tôi đã quản lý để mô phỏng một chức năng logic bổ sung: một khi điện áp được đặt vào, thiết bị có thể được lập trình để học hoặc quên, mà không cần thêm bất kỳ nguồn năng lượng nào, bắt chước các chức năng khớp thần kinh diễn ra trong não khi ngủ sâu, khi quá trình xử lý thông tin có thể tiếp tục mà không cần áp dụng bất kỳ tín hiệu bên ngoài nào,” Jordi Sort và Enric Menendez nhấn mạnh.
>> Tham khảo: Nanocarrier spray: Cây trồng tốt hơn mà không cần biến đổi gen.
Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Materials Horizons, được dẫn dắt bởi các nhà nghiên cứu từ Khoa Vật lý của UAB, Jordi Sort, cũng là nhà nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu và Nghiên cứu Cao cấp Catalan (ICREA), và Enric Menéndez (Giáo sư theo dõi nhiệm kỳ Serra Húnter) và với sự tham gia của Zhengwei Tan, Julius de Rojas và Sofia Martins, các nhà nghiên cứu từ Khoa Vật lý của UAB; Aitor Lopeandia, từ Khoa Vật lý của UAB và Viện Khoa học Nano và Công nghệ Nano Catalan (ICN2); Alberto Quintana, từ Viện Khoa học Vật liệu Barcelona (ICMAB-CSIC); Javier Herrero-Martín, từ ALBA Synchrotron; José L. Costa-Krämer, từ Viện Công nghệ vi mô và nano (IMN-CNM-CSIC); và các nhà nghiên cứu từ CNR-SPIN ở Ý, và từ IMEC và Vật lý chất rắn lượng tử (KU Leuven) ở Bỉ.
