2D-синапсы ускорят внедрение нейроморфных схем в смартфоны и IoT

30 декабрь, 2021 - 10:15

Исследовательская группа под руководством доцента Десмонда Локе (Desmond Loke) из Сингапурского университета технологии и дизайна (SUTD) разработала на основе двумерных (2D) материалов новый тип искусственного синапса для высокомасштабируемых систем нейроморфных вычислений.

Их работе посвящена статья, которая была опубликована в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

В мозгу синапсы запоминают состояние соединения между парами нейронов и разделяются на две категории: функциональные и молчащие или тихие (silent). В обычных условиях активны только функциональные синапсы, тихие же включаются, когда требуется оптимизировать связи между нейронами.

Локе указал, что имитация поведения функциональных и тихих синапсов с использованием 2D-материалов позволит значительно снизить аппаратные затраты, впервые сделав возможным внедрение нейроморфных компонентов  в портативную технику и оборудование Интернета Вещей (IoT).

«Благодаря совмещению функциональных и тихих синапсов в одном и том же устройстве, использующем сверхтонкие 2D-материалы, стоимость оборудования для искусственных синапсов значительно снизится, что будет стимулировать коммерциализацию техники, созданной по образу и подобию мозга», – добавил он.

Отправной точкой для учёных SUTD в их исследовании послужил биологический механизм активации тихих синапсов посредством вставки ионотропного рецептора AMPA (рецептор α-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовой кислоты). Аналогично, в искусственных тихих синапсах преобразование их в функциональные инициируется введением анионов серы в системы материалов двумерного селенида индия.

Анионы серы в селениде индия могут мигрировать под действием электрического поля и проявлять пластичность, свойственную функциональным синапсам. Это устройство демонстрирует при комнатных температурах ярко выраженное мемристическое поведение, что может быть использовано для создания функциональных синапсов.