人工納米流體突觸可實現存內計算。圖片來源：洛桑聯邦理工學院
科技日報記者 張夢然
瑞士洛桑聯邦理工學院工程學院研究團隊制造了一種用于內存的新型納米流體設備，這使他們第一次能連接兩個“人工突觸”。該設備為受大腦啟發(fā)的液體硬件設計鋪平了道路。這項研究發(fā)表在最新一期《自然·電子學》雜志上。
大腦信息處理是直接對存儲的數據執(zhí)行計算，而計算機則在內存單元和中央處理單元之間來回傳輸數據。這種低效的分離（馮諾依曼瓶頸）導致計算機能源成本不斷上升。
自20世紀70年代以來，研究人員一直致力于研究憶阻器。這是一種電子元件，可像突觸一樣計算和存儲數據。但洛桑聯邦理工學院工程學院納米生物學實驗室構建了一種依賴離子而不是電子的功能性納米流體憶阻器件。這種器件更接近大腦節(jié)能的信息處理方式。
電子憶阻器依靠電子和空穴來處理數字信息，而新開發(fā)的憶阻器可利用一系列不同的離子來處理。該器件在芯片上制造，方法是在氮化硅膜的中心創(chuàng)建一個納米孔。研究人員添加了鈀和石墨層來創(chuàng)建離子納米通道。當電流流過芯片時，離子通過通道并聚集在孔隙處時，芯片表面和石墨之間產生氣泡。當石墨層被氣泡迫使向上時，該器件變得更加導電，并將存儲狀態(tài)切換為“開啟”。當負電壓使各層重新接觸，存儲器則重置為“關閉”狀態(tài)。
研究人員表示，大腦中的離子通道在突觸內經歷了結構變化，根據離子流向中央毛孔的形狀，該器件被稱為高度不對稱通道。團隊成功地將兩個高度不對稱通道與一個電極連接起來，從而形成基于離子流的邏輯電路。
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只要將器件浸入含有離子的電解質水溶液中，通過改變離子，譬如鉀、鈉和鈣，就會調整器件的內存，從而影響它從打開到關閉的方式以及它的內存量。這一手法非常新奇。研究人員接下來還可以將這一器件與水道連接起來，創(chuàng)建全液體回路。這樣不但能構建內置冷卻機制，水的使用還將促進生物相容性器件的開發(fā)?？梢韵胍姡@些器件在腦機接口和神經醫(yī)學方面將具有非凡的應用。
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