CNR-Nanotec создал органический синапс из трёх полимеров с регулируемым забыванием

Институт нанотехнологий Национального исследовательского совета Италии (CNR-Nanotec) в Риме координировал международное исследование органических искусственных синапсов на основе полимеров, которые обмениваются сигналами непосредственно с биологическими молекулами, сообщает Le Scienze. Работа опубликована в журнале Communications Materials (Nature Portfolio). Устройства были разработаны в Северо-Западном университете (США). lescienze.itLe Scienzelescienze.itОткрыть источник ↗

Подход опирается на новый класс полимеров, которые одновременно переносят электрические заряды (электроны) и биологические сигналы (ионы). По словам Пьерлуиджи Коссари, исследователя CNR-Nanotec и научного координатора работы, команда настроила проводящие свойства этих полимеров химически, управляя морфологией и структурой материалов, без внешних надстроек и схем. lescienze.itLe Scienzelescienze.itОткрыть источник ↗

Обучение, забывание и восемь состояний

Получившиеся органические искусственные синапсы, функциональные соединения между нейронами, напрямую взаимодействуют с дофамином, нейромедиатором, участвующим в обучении. Коссари называет главным результатом то, что устройства воспроизводят не только обучение, но и забывание, фундаментальную функцию нейронов. lescienze.itLe Scienzelescienze.itОткрыть источник ↗

Авторы сообщают, что в испытаниях их технология превзошла системы на основе PEDOT:PSS, поли(3,4-этилендиокситиофен)-поли(стиролсульфонат), одного из наиболее изученных и широко применяемых проводящих полимеров в органической электронике. В системе из трёх полимеров PEDOT:PSS:Nafion изменение химии материала даёт восемь различных состояний. Они позволяют точнее регулировать скорость и время забывания (synaptic decay) искусственного синапса. Коссари отмечает, что в биоэлектронике, как и в биологических системах, забывание помогает оптимизировать ресурсы, а его химическая регулировка открывает новые возможности применения. lescienze.itLe Scienzelescienze.itОткрыть источник ↗

Нейроморфные чипы и институты-партнёры

Экспериментальные данные использовали для полных нейроморфных чипов на структурах crossbar arrays, что, по мнению авторов, показывает потенциал технологии для вычислительных систем следующего поколения. Коссари напоминает, что традиционные компьютеры очень быстро обрабатывают данные, но потребляют много энергии, тогда как мозг выполняет столь же сложные операции, например визуальное распознавание, при гораздо меньшем потреблении. Симуляции в исследовании направлены в эту сторону: нейроморфный подход имитирует архитектуру мозга и его энергоэффективность. lescienze.itLe Scienzelescienze.itОткрыть источник ↗

В работе участвовали несколько институтов CNR. Институт кристаллографии провёл структурную характеризацию, Институт микроэлектроники и микросистем изучал свойства электрического переноса, Институт изучения наноструктурированных материалов анализировал поверхности. Химический факультет Университета Калабрии исследовал ионную проводимость и механизмы переноса.