導(dǎo)讀

據(jù)日本東北大學(xué)官網(wǎng)近期報道，該校與英國劍橋大學(xué)的研究人員通過將聚合物 PSS-Na 與 PEDOT:PSS 混合到一起，來改善神經(jīng)形態(tài)器件的響應(yīng)速度。

背景

如今，數(shù)字計算機(jī)特別是超級計算機(jī)，已經(jīng)具備十分強(qiáng)大的計算能力。但是在處理模式識別、風(fēng)險管理等復(fù)雜問題時，即便是如今最強(qiáng)大的超級計算機(jī)，也不能像人腦那樣低能耗、高效率地執(zhí)行運(yùn)算并解決問題。

20世紀(jì)80年代，美國加州理工學(xué)院的卡弗·米德（Carver Mead）提出了“神經(jīng)形態(tài)（neuromorphic）”這一觀點(diǎn)。神經(jīng)形態(tài)工程，也稱為神經(jīng)形態(tài)計算，是利用具有模擬電路的超大規(guī)模集成電路（VLSI）來模仿人腦神經(jīng)系統(tǒng)，最終目標(biāo)是要制造一個仿真人腦的芯片或是電路。這門學(xué)科需要跨領(lǐng)域的合作，涉及生物學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)及信息科學(xué)等眾多學(xué)科。

神經(jīng)形態(tài)計算是一種新的計算架構(gòu)，將存儲元件與計算元件整合到同一顆芯片中，突破了傳統(tǒng)“馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)”所帶來的“內(nèi)存墻”問題，即內(nèi)存性能嚴(yán)重限制CPU性能發(fā)揮的現(xiàn)象。

盡管近年來研究人員對于聚合物基神經(jīng)形態(tài)器件的興趣不斷增長，但是他們尚未找到一種有效的方法來控制器件的響應(yīng)速度。

創(chuàng)新

然而，日本東北大學(xué)與英國劍橋大學(xué)的研究人員通過將聚合物 PSS-Na 與 PEDOT:PSS 混合到一起克服了這個障礙，發(fā)現(xiàn)添加離子導(dǎo)電聚合物可以改善神經(jīng)形態(tài)器件的響應(yīng)時間。

技術(shù)聚合物是由許多相同的小分子組成的長鏈通過共價鍵連接而成的一大類化合物，例如橡膠以及纖維素等。聚合物在我們的現(xiàn)代生活中起著十分重要的作用，從輪胎里的橡膠，到飲水用的瓶子，再到聚苯乙烯，到處都有聚合物的身影。將聚合物混合到一起，會導(dǎo)致生成一種具有獨(dú)特物理特性的新材料。關(guān)于聚合物基神經(jīng)形態(tài)器件的大多數(shù)研究都主要關(guān)注 PEDOT： PSS 的應(yīng)用，PEDOT： PSS 是一種既能輸運(yùn)電子又能輸運(yùn)離子的混合導(dǎo)體。而從另一方面說，PSS-Na 只能輸運(yùn)離子。通過將這兩種聚合物混合到一起，研究人員可以改善器件活性層中的離子擴(kuò)散率。他們的測量結(jié)果證實了器件響應(yīng)時間的改善，最大程度可以縮短5倍。這個結(jié)果也證明，響應(yīng)時間與活性層中離子擴(kuò)散率之間關(guān)系有多么密切。價值日本東北大學(xué)生物分子工程研究生院生物分子工程系的論文合著者 Shunsuke Yamamoto 表示：“我們的研究為更深層次理解導(dǎo)電聚合物科學(xué)鋪平了道路。”他補(bǔ)充道：“展望未來，我們有可能創(chuàng)造出由多種神經(jīng)形態(tài)器件組成的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。”