Protonové umělé synapse pracují milionkrát rychleji než lidské. Jak je to možné?

Inženýři z MIT vyvinuli nový typ umělé synapse, která je extrémně energeticky účinná a zpracovává data milionkrát rychleji než synapse v lidském mozku. Klíčem je analogová konstrukce, která pohybuje protony namísto elektronů, jak píše server New Atlas.

Lidský mozek je díky své jedinečné struktuře neuronů a synapsí nejvýkonnějším procesorem na světě. Napodobení tohoto analogového uspořádání by mohlo vést k výkonnějším počítačům, které šetří čas a energii tím, že provádějí operace v tandemu a zpracovávají data v paměti namísto jejich přenosu mezi různými součástmi.

Neuronové sítě tento princip využívají, ale mají svá hardwarová omezení. Výzkumnému týmu z MIT se nyní podařilo jedno z těchto omezení prolomit. Vyvinuli nový typ programovatelného rezistoru, který je základem analogových procesorů. Vodivost těchto zařízení lze podle potřeby přepínat tak, aby vedla nebo blokovala ionty, a řada těchto rezistorů umožňuje zpracování a přenos informací podobně jako přirozené neurony a synapse.

V tomto případě tým provedl několik vylepšení. Za prvé, rezistory vedou protony, nejmenší ionty, které se mohou s malou pomocí pohybovat rychlostí blesku. Hlavní změnou je však pevný elektrolyt, který byl vyroben z fosfosilikátového skla (PSG), což je v podstatě oxid křemičitý s malým přídavkem fosforu. Bylo zjištěno, že tento anorganický materiál má vysokou protonovou vodivost při pokojové teplotě díky pórům o velikosti nanometrů, které umožňují průchod protonů a zároveň blokují elektrony.

Při přiložení silného elektrického pole o napětí až 10 V projdou protony zásobníkem zařízení bleskovou rychlostí. To umožňuje vytvořit analogový procesor, který dokáže přenášet data milionkrát rychleji než předchozí verze, včetně synapsí lidského mozku. Důležité je, že rezistor není zničen ani při milionech cyklů, protože procházející protony mají menší velikost a hmotnost, což znamená, že materiál nepoškozují. Protože je PSG izolantem proti elektronům, protéká zařízením jen velmi malý elektrický proud, což ho udržuje chladné a snižuje spotřebu energie.

Výzkumníci plánují návrh zdokonalit, aby mohli tyto rezistory vyrábět ve větším množství a vytvořit z nich pole, aby zjistili, jak spolu fungují. To by v konečném důsledku mohlo vést k mnohem rychlejším typům počítačů. Výzkum byl publikován v časopise Science.

Zdroj: newatlas.com, science.org