Natuurkundigen maken bouwstenen voor een elektronisch brein

Geplaatst op 02 januari 2019 om 11:46 uur
Natuurkundigen maken bouwstenen voor een elektronisch brein
Het brein is op veel manieren gewone computers de baas. Hersencellen verbruiken minder energie, verwerken informatie sneller en kunnen zich beter aanpassen. Ze beslissen bijvoorbeeld op basis van eerdere informatie of een prikkel belangrijk is of niet. In Groningen wordt gewerkt aan nieuwe elektronica die dit gedrag kan nabootsen, op basis van memristors.

Anouk Goossens van de master Nanoscience kreeg onlangs de Shell Award voor haar onderzoek aan Nb-doped SrTiO3, strontiumtitanaat met een beetje niobium erin, een stof die elementen van ons brein na kan bootsen. "In computers kunnen we signalen aan of uit zetten, met een 1 of 0. Onze hersenen zijn niet zo binair, die kunnen signalen in meerdere gradaties doorgeven. Dat kan deze stof ook. We kunnen wel duizend verschillende signalen sturen. Bovendien blijkt deze stof in staat tot onthouden en vergeten."


In de huidige computers zijn informatieverwerking en geheugen twee losstaande systemen, terwijl onze hersenen dat tegelijkertijd lijken te doen. Dat maakt de stof ook interessant.

 

Werking memristors

De geleiding van memristors wordt op analoge wijze bepaald door een elektrisch veld: "We gebruiken de mogelijkheid om de weerstand in dit systeem aan te passen. Via korte spanningspulsjes kunnen we die weerstand controleren en met een lage spanning kunnen we uitlezen welke stroom er in verschillende toestanden door de memristors heen gaat. De kracht van de puls bepaalt de weerstand. We vonden dat die met een factor 1000 kan veranderen."


Daarbij bleek dat de duur van de puls die Goossens gebruikte om de weerstand aan te passen, bepaalde hoe lang de memristor de instelling kon onthouden. Dit varieerde van een tot vier uur voor pulsen van een seconde tot twee minuten. Bovendien bleek dat het materiaal na honderd keer schakelen nog even goed presteert.

 

Vergeten

"Je kunt allerlei dingen doen met dit systeem. Door een memristor op verschillende manieren te ‘trainen', met verschillende pulsen, krijgt je een verschillend gedrag. Dat de weerstand na verloop van tijd verandert kan ook bruikbaar zijn. Het systeem kan zijn instellingen vergeten, net als de hersenen. Dat maakt de tijd tot een parameter om mee te spelen."


Bovendien kunnen geheugen en rekenkracht worden gecombineerd. Dat is efficiënter dan de klassieke computerarchitectuur, waarin opslag (op de magnetische harde schijf) en rekenkracht (in de processor) gescheiden zijn.

 
© Engineersonline.nl