Imitare la funzione cerebrale utilizzando grafene e giunzioni di diamante

La mente umana detiene il segreto delle nostre personalità uniche. Ma lo sapevi che può anche costituire la base di dispositivi informatici altamente efficienti? I ricercatori dell’Università di Nagoya, in Giappone, hanno recentemente dimostrato come farlo, con giunzioni di grafene e diamante che imitano alcune delle funzioni del cervello umano.

Ma perché gli scienziati cercano di simulare? la mente umana? Oggi le attuali strutture informatiche sono soggette a dati complessi, che limitano la velocità della sua elaborazione. Umano cervelloD’altra parte, può elaborare dati molto complessi, come le immagini, in modo molto efficiente. Pertanto, gli scienziati hanno cercato di costruire strutture “neuroformi” che imitano la rete neurale nel cervello.

Un fenomeno essenziale per la memoria e l’apprendimento èPlasticità sinapticaLa capacità delle sinapsi (connessioni neurali) di adattarsi in risposta a un aumento o una diminuzione dell’attività. Gli scienziati hanno tentato di ricreare un effetto simile utilizzando transistor e “memristori” (dispositivi di memoria elettronici la cui resistenza può essere memorizzata). I memristori controllati o “fotomemristori” possono rilevare la luce e fornire una memoria non volatile, simile alla percezione visiva e alla memoria umana, queste eccellenti proprietà hanno aperto le porte a un mondo completamente nuovo di materiali che possono agire come sinapsi elettro-ottiche artificiali!

Ciò ha spinto il team di ricerca dell’Università di Nagoya a progettare giunzioni grafene-diamante che potessero imitare le proprietà delle sinapsi biologiche e le funzioni chiave della memoria, aprendo le porte ai dispositivi di memoria di rilevamento delle immagini di prossima generazione. Nel loro recente studio pubblicato su carbonioI ricercatori, guidati dal dottor Kenji Ueda, hanno dimostrato funzioni sinaptiche controllate elettronicamente utilizzando giunzioni tra grafene allineato verticalmente (VG) e diamante. Le giunzioni fabbricate imitano le funzioni sinaptiche biologiche, come la produzione di “corrente postsinaptica eccitatoria” (EPSC) – la carica che i neurotrasmettitori creano nella membrana sinaptica – quando stimolate con impulsi luminosi e dimostrando altre funzioni cerebrali essenziali come la trasmissione da memoria a breve termine (STM) a lungo termine memoria (LTM).

Il Dr. Ueda spiega: “Il nostro cervello è ben attrezzato per filtrare le informazioni disponibili e memorizzare ciò che è importante. Abbiamo provato qualcosa di simile con i nostri array di diamanti VG, che imitano il cervello umano quando esposto a stimoli luminosi”. Aggiunge: “Questo studio è stato alimentato da una scoperta nel 2016, quando abbiamo riscontrato un cambiamento significativo nella conduttività indotta otticamente nelle giunzioni grafene-diamante”. Oltre a EPSC, STM e LTM, le giunzioni mostrano anche una facilitazione del doppio impulso del 300%, un aumento della corrente postsinaptica quando è strettamente preceduta da una pre-sinaptica.

VG-diamante .matrici subite Reazioni di ossidazione e riduzione Causato da luce fluorescente e luci LED blu sotto tensione di polarizzazione. I ricercatori hanno attribuito questo alla presenza di carbonio differenzialmente ibridato da grafene e diamante all’interfaccia della giunzione, che ha portato alla migrazione di ioni in risposta alla luce, consentendo così alla giunzione di svolgere funzioni di fotorilevamento e controllo dell’immagine simili a quelli del cervello e della retina. Inoltre, gli array di diamanti VG hanno superato i tradizionali materiali fotosensibili a base di metalli rari in termini di fotosensibilità e semplicità strutturale.

“Il nostro studio fornisce una migliore comprensione del meccanismo d’azione alla base dei comportamenti sinaptici optoelettronici sintetici, aprendo la strada a computer controllati otticamente che imitano il cervello con migliori capacità di elaborazione delle informazioni rispetto ai computer attuali”, afferma il dott. Ueda.

Il futuro dell’informatica di nuova generazione potrebbe non essere troppo lontano.