学习晶体管模仿大脑

学习晶体管模仿大脑

林桂平大学的科学家们开发了一种基于有机材料的新型晶体管。它有学习的能力,同时具备短期记忆和长期记忆。这项工作是创造模仿人脑技术的重要一步。

到目前为止,大脑在创造以前没有的连接方面一直是独一无二的。在《高等科学》的一篇科学文章中,来自联平大学的研究人员描述了一种晶体管,它可以在输入和输出之间建立一种新的连接。他们将晶体管集成到一个电子电路中,该电路学习如何将某个刺激与输出信号连接起来,就像一只狗学习准备食物碗的声音意味着晚餐正在进行一样。

一个正常的晶体管充当一个阀门,根据输入信号的特性放大或抑制输出信号。在研究人员开发的有机电化学晶体管中,晶体管中的通道由电聚合导电聚合物组成。通道可以在运行过程中形成、生长、收缩或完全消除。还可以训练它对特定的刺激、特定的输入信号作出反应,从而使晶体管通道更导电,输出信号更大。

神经形态装置

诺尔克平校区有机电子学实验室的有机纳米电子学首席研究员西蒙·法比亚诺说:“这是首次在神经形态设备中显示新电子元件的实时形成。”

Jennifer Gerasimov和Simone Fabianojennifer Gerasimov和Simone Fabiano Thor Balkhed通过增加晶体管通道中材料的聚合度来增加通道,从而增加传导信号的聚合物链的数量。或者,材料可能被过度氧化(通过施加高压)并且通道变得不活动。也可以通过掺杂或去除材料来实现电导率的暂时变化。

有机纳米电子学博士后詹妮弗·杰拉西莫夫(Jennifer Gerasimov)是这篇文章的作者之一,他说:“我们已经证明,我们可以对晶体管处理信息的方式进行短期和永久的改变,如果人们想模仿脑细胞之间的通信方式,这是至关重要的。”

通过改变输入信号,晶体管响应的强度可以在很宽的范围内进行调制,并且可以在以前不存在的地方建立连接。这使晶体管的行为与突触或两个脑细胞之间的通讯接口相当。

机器学习硬件

这也是使用有机电子学进行机器学习的重要一步。基于软件的人工神经网络目前被用于机器学习,以实现所谓的“深度学习”。软件要求信号在大量节点之间传输,以模拟单个突触,这需要相当大的计算能力,从而消耗相当大的能量。

詹妮弗·杰拉西莫夫(JenniferGerasimov)说:“我们已经开发出了一种硬件,它使用单一的电子元件来完成同样的工作。”

西蒙·法比亚诺证实:“因此,我们的有机电化学晶体管可以实现数千个普通晶体管的工作,其能量消耗接近人脑在两个细胞之间传输信号时消耗的能量。”

新开发单体

晶体管通道并不是用有机电子学中最常用的聚合物PEDOT来构建的,而是用一种由罗杰·加布里森(Roger Gabrielsson)生产的新开发的单体ETE-S的聚合物来构建的,他也在有机电子学实验室工作,也是本文作者之一。ETE-S有几个独特的特性,使其非常适合这种应用-它形成足够长的聚合物链,是水溶性而不是聚合物形式,它产生具有中等掺杂水平的聚合物。聚合物pete-s以掺杂形式产生,带有一个固有的负电荷以平衡正电荷载流子(它是p掺杂的)。

这项研究是由KNUT和爱丽丝华伦伯格基金会、瑞典研究理事会VFuna基金会和瑞典战略研究基金会资助的。

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