Artificial synapse built to resist water and organic solvents at last — ABC Chemicals


Artificial synapse built to resist water and organic solvents at last - ABC Chemicals

Исследователи из Китая создали первый водонепроницаемый искусственный синапс, который приблизил нас к имплантируемым киборгам устройствам, имитирующим человеческий мозг.1

Синапсы передают сигналы в нервной системе, либо между соседними нейронами, либо от нейронов к другим клеткам. Исследователи пытаются подражать этому сигнальному поведению с помощью искусственного электронного синапса (электронного синапса), который способен распознавать закономерности и изучать конкретные реакции. Так называемые нейроморфные вычисления используют эти э-синапсы, имитирующие мозг, в приложениях, начиная от искусственного интеллекта и заканчивая компьютерными вычислениями. Для всего этого электроника должна быть гибкой, долговечной и прозрачной. Поскольку люди до 60% воды, имплантируемая электроника также должна быть водонепроницаемой.

Проблема заключается в том, что большинство электронных материалов, а именно переходные металлы или функциональные оксиды металлов, по своей природе не являются водонепроницаемыми. «Последние достижения в области памяти и синаптических устройств поразительны, но мы все еще ищем более качественные и надежные устройства», — говорит Чанг-Сик Ли из Университета науки и технологий Пхохана, Южная Корея, который не принимал участия в этом исследовании. , Ли и его коллеги объединили электроды из оксида индия и олова (ITO) с биосовместимыми полимерами, такими как коллаген, извлеченный из кожи рыб,2 создавать гибкие, но не водонепроницаемые электронные синапсы.

Новым многообещающим материалом является поли (3,4-этилендиокситиофен) / полистиролсульфонат (PEDOT / PSS). Этот биосовместимый полимер уже используется в электронике, которую исследователи интегрировали в живое растение.3 PEDOT является гидрофобным, а пленки PEDOT / PSS прозрачны и устойчивы к разложению как в воде, так и в органических растворителях: отличные свойства для электронных синапсов.

Лин Чен и его команда из Университета Фудан построили свое водонепроницаемое устройство электронного синапса, поместив пленку PEDOT / PSS толщиной 2 нм между двумя электродами ITO. Устройство является прозрачным и не растворяется в воде, ацетоне, толуоле, этаноле, метаноле или ДМФА даже после выдержки в течение более 12 часов.

Как и другие электронные синапсы, это своего рода мемристор, и он работает через обратимое резистивное переключение, реагируя на изменения тока путем изменения его сопротивления. Он способен реагировать на более чем 6000 последовательных импульсов, как в плоском состоянии, так и в гибком изогнутом состоянии. Но чтобы продемонстрировать, как электронный синапс может более точно имитировать человеческий мозг, команде нужно было доказать, что их устройство может выполнять более сложные задачи, такие как обучение и распознавание образов.

Artificial synapse built to resist water and organic solvents at last - ABC Chemicals

Важной характеристикой человеческих синапсов является их способность изучать, забывать и заново изучать определенные связи. Электронный синапс Чена может копировать эту функцию в упрощенном виде, изучая определенный отклик после серии из 300 электронных импульсов. Посидев какое-то время в промежуточном состоянии, он мог бы заново учиться тому же самому ответу только после 180 импульсов. Это характерно и для человеческого мозга: для переучивания чего-либо требуется меньше энергии, чем для изучения в первый раз.

Распознавание образов является сложной задачей, необходимой для приложений искусственного интеллекта, поэтому команда Чена создала трехслойную нейронную сеть, связанную с тысячами их электронных синапсов. Они поставили перед собой задачу распознавания рукописных цифр и обучили сеть на 10000 изображений цифр от 0 до 9. В тесте с 500 новыми изображениями сеть могла распознавать цифру 0 с точностью 92%.

Это относительно новая область, и Чен подчеркивает, что существуют некоторые проблемы с электронными измерениями. В частности, он говорит, что было трудно установить подходящий контакт с электродами ITO, когда устройство находилось в согнутом состоянии. Другим недостатком этого электронного синапса является его энергопотребление, и следующим шагом Чена будет оптимизация материала и структуры электронного синапса для более стабильной работы. «Оптимизация необходима для практического применения, например, для улучшения долгосрочной стабильности и масштабирования размеров устройства», — говорит Ли. Он надеется, что исследователи продолжат разрабатывать «новые материалы и структуры, а также новые функции для улучшения искусственных синапсов в ближайшем будущем».







Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *