Materiaal dat werkt als 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.
Meest Gelezen
‘Compensatoir toetsen komt kwaliteit hoger onderwijs wél ten goede’
Wet leeruitkomsten: Doorgeschoten individualisering of broodnodige keuzevrijheid?
‘Juist bij flexibiliteit heeft student behoefte aan structuur’
Minister: “Verengelsing ondermijnt de toegankelijkheid van universiteiten”
Kamer zet voorlopig streep door volgende ronde Groeifonds