Jego działanie przypomina sposób komunikacji neuronów w ludzkim mózgu. Zdaniem autorów takie rozwiązanie może w przyszłości pomóc w budowie energooszczędnych systemów sztucznej inteligencji czy inteligentnych protez. Kulisy ustaleń w tej sprawie są dostępne w Science Advances.
Czytaj też: Zwyczajny metal może rozwiązać jeden z największych problemów energetyki. Kto by się tego spodziewał?
Zespół kierowany przez Farnaz Niroui wykorzystał właściwości polimeru, który po ściśnięciu potrzebuje kilku sekund, aby powrócić do pierwotnego kształtu. Ta pozornie prosta cecha pozwoliła stworzyć urządzenie zdolne do przechowywania krótkotrwałej pamięci i reagowania na kolejne sygnały. Sercem całego urządzenia jest niezwykle cienka warstwa polimeru o nazwie PDMS, czyli polidimetylosiloksanu. Jej grubość wynosi zaledwie około 2 nanometrów. To dziesiątki tysięcy razy mniej od grubości ludzkiego włosa.
Członkowie zespołu badawczego umieścili warstwę pomiędzy dwiema niewielkimi elektrodami wykonanymi ze złota. Cała aktywna powierzchnia urządzenia ma wymiary wynoszące około 200 na 200 nanometrów. Po przyłożeniu napięcia elektrody zaczynają przyciągać się do siebie, ściskając znajdujący się pomiędzy nimi polimer. Zmienia to odległość między metalowymi elementami, a w konsekwencji również natężenie przepływającego prądu.
Kluczowa okazuje się jednak właściwość samego materiału. PDMS jest lepkosprężysty, co oznacza, że po odkształceniu nie wraca natychmiast do pierwotnego kształtu. Potrzebuje na to czasu. Dzięki temu urządzenie zachowuje informację o wcześniejszych impulsach elektrycznych. Jego aktualna reakcja zależy więc nie tylko od tego, co dzieje się w danej chwili, ale również od tego, jakie sygnały otrzymało wcześniej.
Największą furorę robi rzecz jasna odtworzenie mechanizmu przypominającego pracę biologicznego neuronu. W ludzkim mózgu komórki nerwowe zbierają sygnały od innych neuronów. Kiedy ich suma przekroczy określony próg, komórka generuje impuls i przekazuje informację dalej. Badacze zaobserwowali podobne zachowanie w swoim urządzeniu. W eksperymencie zastosowali serię impulsów elektrycznych o napięciu 2,5 wolta. Każdy z nich był zbyt słaby, aby samodzielnie wywołać reakcję. Impulsy podawano jednak na tyle szybko, że polimer nie zdążył odzyskać pierwotnego kształtu. W rezultacie kolejne sygnały stopniowo kumulowały swój efekt.
Czytaj też: Fizycy złamali jedną z podstawowych zasad. Dwa elektrony dokonały czegoś, co miało być niemożliwe
Po 16 impulsach urządzenie osiągnęło określony próg i wygenerowało gwałtowną zmianę natężenia prądu. Następnie stopniowo wróciło do stanu początkowego. Okazało się, że jego pamięć utrzymywała się przez kilka sekund, czyli znacznie dłużej niż w przypadku wielu dotychczasowych sztucznych neuronów, których pamięć operacyjna utrzymuje się przez mikrosekundy lub milisekundy.
Połączenie pamięci i przetwarzania informacji w jednym niewielkim elemencie to wielki postęp. W tradycyjnych układach elektronicznych funkcje te często wymagają dodatkowych komponentów, co zwiększa rozmiar i złożoność urządzeń. W związku z tym naukowcy widzą potencjalne zastosowania swojej technologii między innymi w energooszczędnych układach sztucznej inteligencji, inteligentnych protezach przetwarzających bodźce dotykowe, czujnikach środowiskowych czy urządzeniach monitorujących stan zdrowia.
Źródło: Science Advances
