De geheugenweerstandchip (linksboven). Onder waarschijnlijk de kapitein Amerika-plaatjes bij een zilverelektrode, een zilver/nikkelelektrode en een zilver/koperelektrode en de werking van het ‘geheugen’ in de tijd (afb: phys.org)
Onderzoekers van het befaamde MIT in Cambridge (VS) hebben een elektronische variant van hersencellen op een chip ‘geperst’. Het zou het equivalent zijn tienduizenden synapsen, in het brein de verbindingen tussen de hersencellen. Die nepsynapsen zijn wat de Amerikanen memristors noemen, geheugenweerstanden. Die memristors moeten het mogelijk maken met elektronica dingen te doen die lijken op echt breinwerk.
Die tienduizenden nepsynapsen lijkt veel, maar het is, in vergelijking met mensenhersens, natuurlijk helemaal niks. Mensenhersens hebben miljarden hersencellen en elke hersencel heeft tientallen of misschien zelfs honderden of duizenden synapsen. Maar goed, het is een beginnetje.
Die (nieuwe) geheugenweerstanden worden gemaakt van een zilver/koperlegering en van kiezel (silicium). De onderzoekers lieten de chip ‘kijken’ naar beelden. De chip bleek die beelden te kunnen onthouden en weer te kunnen reproduceren op een manier die nog niet gehaald is door bestaande neuromorfe (op hersens gelijkende) memristorchips.
Het idee is dat die neuromorfe circuits in draagbare apparaatjes worden ingebouwd die allerlei ingewikkelde taken kunnen uitvoeren waar je nu nog supercomputers voor nodig hebt.
“Tot nu toe bestaan kunstmatige synapsnetwerken (vooral;as) als programmatuur”, zegt Jeehwan Kim. “Wij proberen er echte neurale netwerken voor draagbare systemen van te maken. Stel je voor dat je zo’n systeem aansluit op de camera van je auto om dingen te herkennen en onmiddellijk te beslissen zonder met internet verbonden te zijn. We hopen dat energiezuinige memristors dat ter plekke direct kunnen doen.”
Een gewone computer werd met transistoren die slechts twee posities hebben nul of een (wel of geen stroom of wat dan ook). Een memristor werkt met een gradiënt. Een memristor, een geheugenweerstand, is niet alleen een verwerkingseenheid maar ook een geheugen. Die onthoudt ook de waarde die geassocieerd wordt met een bepaalde stroomsterkte en produceert precies die waarde als er die bepaalde stroomsterkte op wordt losgelaten. Bij een ‘ouderwets’ systeem heb je daar meer transistoren en geheugenelementen voor nodig.
Dat is allemaal fraai maar voorlopig zijn memristors nog erg beperkt. Elke memristor is gemaakt van een positieve en een negatieve elektrode, gescheiden door een ‘schakelmedium’ (ruimte tussen de elektroden). Als er op een elektrode een spanning wordt aangebracht dan zouden er ionen van de ene elektrode naar de andere gaan (is de uitleg in phys.org) en daardoor ontstaat er een ‘geleidingskanaal’ tussen de twee elektroden. Die verbindende ionen bepalen het elektrische signaal dat die geheugenweerstand doorstuurt.
Onbetrouwbaar
Volgens Kim voldoen bestaande memristors goed in gevallen waarbij grote geleidingskanalen worden gevormd, maar die zijn minder betrouwbaar als het om subtielere signalen gaat via dunnere geleidingskanalen. Hoe dunner een geleidingskanaal is hoe moeilijker het voor de ionen is om bij elkaar te blijven en dan worden de signalen ook onbetrouwbaar.
Kim en de zijnen hebben daar wat op gevonden door leentjebuur te spelen bij de metallurgie. “Metallurgen stoppen verschillende atomen bij elkaar om, bijvoorbeeld, de matrix te versterken. Wij dachten waarom niet atoominteracties gebruiken in onze memristor door er een legeerelement aan toe te voegen dat de beweging van de ionen in ons medium stuurt.”
Vaak wordt bij memristors voor de pluspool zilver gebruikt. De onderzoekers vonden koper als ideaal legeerelement. Dat bindt zowel met zilver als met kiezel. “Het fungeert als een soort brug en stabiliseert het zilver/kiezelraakvlak”, zegt Kim.
Hun negatieve elektrode werd van silicium gemaakt. Voor de positieve elektrode werd eerst wat koper aangebracht en vervolgens een laagje zilver. Die elektroden werden aan weerszijde van een stukje amorf silicium gedrukt en zo maakten ze een memristorchip van 1 mm2 met tienduizenden memristors.
Met die memristorchip gingen ze spelen met een afbeelding van een kapitein Amerika-schild (zie plaatje). Elke memristor werd een beeldpunt. Het uiteindelijke resultaat is al verteld, waarbij deze chip betere prestaties leverde dan eerdere memristorsystemen (die niet met legeringen werken).
Kim c.s. deden met hun memristor ook andere trucjes zoals het vervagen of het verscherpen van het beeld. Dat is allemaal leuk en aardig, maar er zal nog wel heel wat water door de Rijn moeten stromen om met die geheugenweerstand supercomputers te verslaan (denk ik=as zo).
Bron: phys.org