11 okt.2023 (Nanowerk-schijnwerper) Wetenschappers hebben een nieuw type elektronische component ontwikkeld die leer- en geheugenfuncties zoals het menselijk brein demonstreert. Het nieuwe ‘fotoferro-elektrische synaps’-apparaat, gemaakt door een internationaal team van onderzoekers uit China, bootst de biologische verbindingen tussen neuronen na die het zenuwstelsel in staat stellen kennis te verwerven en op te slaan. Het werk, gepubliceerd in Geavanceerde functionele materialen ("Fotoferro-elektrische perovskietsynapsen voor neuromorfe computers"), biedt een potentieel traject voor het bouwen van intelligente machines en computers die leren van ervaringen. Het biedt ook inzicht in hoe synapsen in de hersenen werken.
a) Schematisch diagram van eenstapssynthese van perovskietfilms met P(VDF-TrFE)-bevattende anti-oplosmiddelen. b) Schematische configuratie van het PFEP-apparaat, waarbij PFEP/Spiro-OMeTAD wordt weergegeven tussen de bovenste Au-elektrode en de onderste ITO-elektrode. (Herdrukt met toestemming van Wiley-VCH Verlag)
Neuromorfe techniek is een opkomend vakgebied dat hersenfuncties probeert te repliceren in elektronische circuits en apparaten. Een kerndoel is het ontwikkelen van kunstmatige neurale netwerken bestaande uit synthetische neuronen en synapsen die het aanpassingsvermogen en het lage energieverbruik van biologische systemen aantonen. Dit zou kunnen leiden tot transformatieve computertechnologieën zoals zelfrijdende auto's, stemassistenten en AI die ziektes diagnosticeert, die meer op hersenen lijken dan op traditionele computers. Een grote uitdaging is het creëren van kunstmatige synapsen – de verbindingen tussen neuronen waar signalen worden verzonden – die de plasticiteit vertonen die we in de biologie zien. Het versterken en verzwakken van synaptische verbindingen, bekend als synaptische plasticiteit, zorgt ervoor dat nieuwe herinneringen zich kunnen vormen en oude kunnen vervagen in de hersenen. Eén manier om dit te bereiken is het gebruik van multifunctionele materialen die eigenschappen als lichtgevoeligheid, magnetisme en ferro-elektriciteit (het vermogen om elektrische polarisaties om te draaien) combineren om de dynamiek van het zenuwstelsel na te bootsen. De nieuwe fotoferro-elektrische synaps bestaat uit een dunne film gemaakt van een op lood gebaseerd perovskietmateriaal – een klasse materialen die aan populariteit wint in zonnecellen – gecombineerd met een organisch ferro-elektrisch polymeer genaamd P (VDF-TrFE). Perovskieten hebben uitstekende foto-elektrische eigenschappen laten zien, maar bevatten doorgaans lood, wat aanleiding geeft tot bezorgdheid over het milieu en de gezondheid. De onderzoekers gebruikten een lage loodconcentratie en een dunne filmvorm om de blootstelling te minimaliseren. Voor toepassingen in de echte wereld zou echter verder werk nodig zijn om lood te vervangen door een niet-giftig metaal, terwijl de hier gedemonstreerde multifunctionaliteit behouden blijft. De perovskiet zorgt voor foto-elektrisch gedrag en genereert elektrische stroom bij blootstelling aan licht, terwijl het polymeer ferroelektriciteit met zich meebrengt, wat betekent dat het elektrisch gepolariseerd kan zijn, met positieve en negatieve polen analoog aan kleine staafmagneten die kunnen worden omgedraaid door spanning aan te leggen. Door deze combinatie van eigenschappen kan de synaps verschillende soorten synaptische plasticiteit nabootsen die worden waargenomen in biologische synapsen, waaronder gepaarde pulsfacilitatie/depressie en piektiming-afhankelijke plasticiteit. Deze effecten stemmen de sterkte van verbindingen tussen neuronen af als reactie op patronen van neurale activiteit en worden verondersteld de cellulaire basis voor leren te vormen. Een belangrijke innovatie was de ontdekking dat het polariseren van het apparaat – het 'trainen' door het aanleggen van spanning – zowel de ferro-elektrische eigenschappen van het materiaal versterkt als de foto-elektrische respons ervan verbetert. De onderzoekers toonden aan dat dit fotoferro-elektrische effect kan worden gebruikt om Pavloviaanse conditionering te simuleren: de beroemde experimenten waarbij honden leerden een rinkelende bel te associëren met gevoerd worden. Deze demonstratie van leren werd in het apparaat bereikt door licht- en spanningspulsen te combineren. Volgens de auteurs biedt het werk een nieuw paradigma voor multifunctionele materialen voor neuromorfisch computergebruik en op zenuwen geïnspireerde elektronica. De fotoferro-elektrische synapsen zouden de weg kunnen vrijmaken voor energiezuinige, zelflerende computersystemen die meer als hersenen werken dan traditionele computers, wat zou kunnen leiden tot transformatieve technologieën zoals zelfrijdende auto's, stemassistenten en AI voor het diagnosticeren van ziekten. Neuromorfe systemen die de biologie nabootsen, kunnen ordes van grootte energiezuiniger zijn dan conventionele AI-hardware, waardoor geavanceerde intelligentie op kleine apparaten mogelijk is. Door de synaptische functie verder te begrijpen, kan het onderzoek ook licht werpen op mysteries van biologische intelligentie.
By
Michael
Berger
a) Schematisch diagram van eenstapssynthese van perovskietfilms met P(VDF-TrFE)-bevattende anti-oplosmiddelen. b) Schematische configuratie van het PFEP-apparaat, waarbij PFEP/Spiro-OMeTAD wordt weergegeven tussen de bovenste Au-elektrode en de onderste ITO-elektrode. (Herdrukt met toestemming van Wiley-VCH Verlag)
Neuromorfe techniek is een opkomend vakgebied dat hersenfuncties probeert te repliceren in elektronische circuits en apparaten. Een kerndoel is het ontwikkelen van kunstmatige neurale netwerken bestaande uit synthetische neuronen en synapsen die het aanpassingsvermogen en het lage energieverbruik van biologische systemen aantonen. Dit zou kunnen leiden tot transformatieve computertechnologieën zoals zelfrijdende auto's, stemassistenten en AI die ziektes diagnosticeert, die meer op hersenen lijken dan op traditionele computers. Een grote uitdaging is het creëren van kunstmatige synapsen – de verbindingen tussen neuronen waar signalen worden verzonden – die de plasticiteit vertonen die we in de biologie zien. Het versterken en verzwakken van synaptische verbindingen, bekend als synaptische plasticiteit, zorgt ervoor dat nieuwe herinneringen zich kunnen vormen en oude kunnen vervagen in de hersenen. Eén manier om dit te bereiken is het gebruik van multifunctionele materialen die eigenschappen als lichtgevoeligheid, magnetisme en ferro-elektriciteit (het vermogen om elektrische polarisaties om te draaien) combineren om de dynamiek van het zenuwstelsel na te bootsen. De nieuwe fotoferro-elektrische synaps bestaat uit een dunne film gemaakt van een op lood gebaseerd perovskietmateriaal – een klasse materialen die aan populariteit wint in zonnecellen – gecombineerd met een organisch ferro-elektrisch polymeer genaamd P (VDF-TrFE). Perovskieten hebben uitstekende foto-elektrische eigenschappen laten zien, maar bevatten doorgaans lood, wat aanleiding geeft tot bezorgdheid over het milieu en de gezondheid. De onderzoekers gebruikten een lage loodconcentratie en een dunne filmvorm om de blootstelling te minimaliseren. Voor toepassingen in de echte wereld zou echter verder werk nodig zijn om lood te vervangen door een niet-giftig metaal, terwijl de hier gedemonstreerde multifunctionaliteit behouden blijft. De perovskiet zorgt voor foto-elektrisch gedrag en genereert elektrische stroom bij blootstelling aan licht, terwijl het polymeer ferroelektriciteit met zich meebrengt, wat betekent dat het elektrisch gepolariseerd kan zijn, met positieve en negatieve polen analoog aan kleine staafmagneten die kunnen worden omgedraaid door spanning aan te leggen. Door deze combinatie van eigenschappen kan de synaps verschillende soorten synaptische plasticiteit nabootsen die worden waargenomen in biologische synapsen, waaronder gepaarde pulsfacilitatie/depressie en piektiming-afhankelijke plasticiteit. Deze effecten stemmen de sterkte van verbindingen tussen neuronen af als reactie op patronen van neurale activiteit en worden verondersteld de cellulaire basis voor leren te vormen. Een belangrijke innovatie was de ontdekking dat het polariseren van het apparaat – het 'trainen' door het aanleggen van spanning – zowel de ferro-elektrische eigenschappen van het materiaal versterkt als de foto-elektrische respons ervan verbetert. De onderzoekers toonden aan dat dit fotoferro-elektrische effect kan worden gebruikt om Pavloviaanse conditionering te simuleren: de beroemde experimenten waarbij honden leerden een rinkelende bel te associëren met gevoerd worden. Deze demonstratie van leren werd in het apparaat bereikt door licht- en spanningspulsen te combineren. Volgens de auteurs biedt het werk een nieuw paradigma voor multifunctionele materialen voor neuromorfisch computergebruik en op zenuwen geïnspireerde elektronica. De fotoferro-elektrische synapsen zouden de weg kunnen vrijmaken voor energiezuinige, zelflerende computersystemen die meer als hersenen werken dan traditionele computers, wat zou kunnen leiden tot transformatieve technologieën zoals zelfrijdende auto's, stemassistenten en AI voor het diagnosticeren van ziekten. Neuromorfe systemen die de biologie nabootsen, kunnen ordes van grootte energiezuiniger zijn dan conventionele AI-hardware, waardoor geavanceerde intelligentie op kleine apparaten mogelijk is. Door de synaptische functie verder te begrijpen, kan het onderzoek ook licht werpen op mysteries van biologische intelligentie.
By
Michael
Berger
– Michael is auteur van drie boeken van de Royal Society of Chemistry:
Nano-Society: de grenzen van technologie verleggen,
Nanotechnologie: de toekomst is klein en
Nanoengineering: de vaardigheden en tools die technologie onzichtbaar maken
Copyright ©
Nanowerk LLC
Word een Spotlight-gastauteur! Sluit je aan bij onze grote en groeiende groep gastbijdragers. Heb je net een wetenschappelijk artikel gepubliceerd of heb je andere opwindende ontwikkelingen om te delen met de nanotechnologie-gemeenschap? Hier leest u hoe u op nanowerk.com publiceert.
- Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
- PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
- PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
- PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
- Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
- Bron: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=63816.php
