Materiaal dat werkt als brein

Nieuws | de redactie
11 juli 2016 | In tegenstelling tot een typisch computergeheugen kan het menselijk brein een veel grotere variatie in geheugentoestanden aan. Onderzoekers van MESA+ in Twente hebben nu een materiaal ontwikkeld met een geheugenfunctie dat vergelijkbaar is met de synapsen en neuronen in ons brein.

In het journal Advanced Functional Materials publiceren de wetenschappers hun bevindingen. Anirban Ghosh, Gertjan Koster en Guus Rijnders ontwikkelden een ferro-elektrisch materiaal die het mogelijk maakt heel veel geheugentoestanden aan te nemen.

Omklappen naar gewenste toestand

Het materiaal dat de basis zou kunnen zijn voor ‘brain-inspired computing’ is lood-zirkonium-titanaat, ook wel PZT: het heeft verschillende aantrekkelijke eigenschappen. Een daarvan is dat het ferro-elektrisch is: je kunt het in een gewenste toestand laten omklappen, waarbij die toestand ook bewaard blijft als er geen elektrisch veld meer is.

De geheugenfunctie is daarmee snel, maar niet vluchtig: de toestand blijft behouden. Om computers sneller te laten opstarten, zou zo’n ferro-elektrische geheugen, gecombineerd met de gebruikelijke halfgeleiderchips, ideaal zijn. De UT-onderzoekers hebben nu aan het dunne laagje PZT een laag zinkoxide aangebracht. Bij een heel dunne laag, van 25 nanometer, ontdekten ze dat het omklappen niet alleen van ‘toestand 0’ naar ‘toestand 1’ gebeurt, of andersom. Het blijkt heel goed mogelijk om deelgebiedjes in het kristal te besturen: klappen ze om of niet?

Door verschillende ‘schrijftijden’ te hanteren in die deelgebiedjes, zijn netto heel veel toestanden op te slaan die tussen 0 en 1 in liggen. Het lijkt op de manier waarop synapsen en neuronen informatie wegen. ‘Multistate memories’ gekoppeld aan transistoren zouden in staat moeten zijn om veel sneller bijvoorbeeld patronen te herkennen: ons brein heeft daarvoor ook veel minder energie nodig dan een geavanceerde computer.

Beperking van enen en nullen

Vergeleken met de snelheden van chips, lijken de schrijftijden lang, maar dankzij veel parallelle geheugens ontstaat krachtige hardware. Er zijn al wel computerprogramma’s die werken zoals het brein, zoals lerende, neurale netwerken, maar de hardware die gewoon nog met enen en nullen werkt, is een beperking. De nieuwe combinatie van PZT en zinkoxide is een eerste stap om ook de hardware te laten werken als het brein.

Het onderzoek is uitgevoerd in de groep Inorganic Materials Science, onderdeel van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente. De groep kijkt ook naar de piëzo-elektrische eigenschappen van PZT: een elektrische spanning kan het materiaal doen uitzetten, of andersom: mechanische druk kan de elektrische spanning doen variëren.


«
Schrijf je in voor onze nieuwsbrief
ScienceGuide is bij wet verplicht je toestemming te vragen voor het gebruik van cookies.
Lees hier over ons cookiebeleid en klik op OK om akkoord te gaan
OK