p Um novo dispositivo eletrônico desenvolvido na Universidade de Michigan pode modelar diretamente o comportamento de uma sinapse, que é uma conexão entre dois neurônios. p Pela primeira vez, a maneira como os neurônios compartilham ou competem por recursos pode ser explorada em hardware sem a necessidade de circuitos complicados.

p "Os neurocientistas argumentaram que os comportamentos de competição e cooperação entre as sinapses são muito importantes. Nossos novos dispositivos memristivos nos permitem implementar um modelo fiel desses comportamentos em um sistema de estado sólido, "disse Wei Lu, Professor U-M de engenharia elétrica e da computação e autor sênior do estudo em Materiais da Natureza .

p Memristores são resistores elétricos com memória - dispositivos eletrônicos avançados que regulam a corrente com base no histórico das tensões aplicadas a eles. Eles podem armazenar e processar dados simultaneamente, o que os torna muito mais eficientes do que os sistemas tradicionais. Eles podem permitir novas plataformas que processam um grande número de sinais em paralelo e são capazes de aprendizado de máquina avançado.

p O memristor é um bom modelo para uma sinapse. Ele imita a maneira como as conexões entre os neurônios se fortalecem ou se enfraquecem quando os sinais passam por eles. Mas as mudanças na condutância normalmente vêm de mudanças na forma dos canais do material condutor dentro do memristor. Esses canais - e a capacidade do memristor de conduzir eletricidade - não podiam ser controlados com precisão em dispositivos anteriores.

p Agora, a equipe U-M fez um memristor no qual eles têm melhor controle das vias de condução. Eles desenvolveram um novo material a partir do dissulfeto de molibdênio semicondutor - um material "bidimensional" que pode ser descascado em camadas com apenas alguns átomos de espessura. A equipe de Lu injetou íons de lítio nas lacunas entre as camadas de dissulfeto de molibdênio.

p Eles descobriram que se houver íons de lítio suficientes presentes, o sulfeto de molibdênio transforma sua estrutura de rede, permitindo que os elétrons percorram o filme facilmente como se ele fosse um metal. Mas em áreas com poucos íons de lítio, o sulfeto de molibdênio restaura sua estrutura de rede original e se torna um semicondutor, e os sinais elétricos têm dificuldade em passar.

p Os íons de lítio são fáceis de reorganizar dentro da camada, deslizando-os com um campo elétrico. Isso muda o tamanho das regiões que conduzem eletricidade aos poucos e, assim, controla a condutância do dispositivo.

p "Porque mudamos as propriedades de 'volume' do filme, a mudança de condutância é muito mais gradual e muito mais controlável, "Lu disse.

p Além de fazer com que os dispositivos se comportem melhor, a estrutura em camadas permitiu à equipe de Lu conectar vários memristores por meio de íons de lítio compartilhados - criando um tipo de conexão que também é encontrada no cérebro. O dendrito de um único neurônio, ou sua extremidade receptora de sinal, pode ter várias sinapses conectando-o aos braços de sinalização de outros neurônios. Lu compara a disponibilidade de íons de lítio com a de uma proteína que permite o crescimento das sinapses.

p Se o crescimento de uma sinapse libera essas proteínas, chamadas proteínas relacionadas à plasticidade, outras sinapses próximas também podem crescer - isso é cooperação. Os neurocientistas argumentaram que a cooperação entre sinapses ajuda a formar rapidamente memórias vívidas que duram décadas e criam memórias associativas, como um perfume que lembra a casa da sua avó, por exemplo. Se a proteína for escassa, uma sinapse crescerá às custas da outra - e essa competição reduz as conexões de nossos cérebros e as impede de explodir com sinais.

p A equipe de Lu foi capaz de mostrar esses fenômenos diretamente usando seus dispositivos de memristor. No cenário de competição, Os íons de lítio foram drenados de um lado do dispositivo. O lado com os íons de lítio aumentou sua condutância, emulando o crescimento, e a condutância do dispositivo com pouco lítio foi atrofiada.

p Em um cenário de cooperação, eles fizeram uma rede de memristor com quatro dispositivos que podem trocar íons de lítio, e então sifonou alguns íons de lítio de um dispositivo para os outros. Nesse caso, não apenas o doador de lítio poderia aumentar sua condutância - os outros três dispositivos também poderiam, embora seus sinais não fossem tão fortes.

p A equipe de Lu está atualmente construindo redes de memristores como esses para explorar seu potencial para computação neuromórfica, que imita os circuitos do cérebro.