Транзисторы, работающие в 10 000 раз быстрее синапсов мозга

03.08.2022

Исследователи из Массачусетского технологического института разработали программируемые транзисторы, работающие в 10 тыс. раз быстрее синапсов головного мозга. Технология, используемая для аналогового машинного обучения, обеспечивает не только высокую скорость обработки данных, но и хорошую энергоэффективность.

Рабочий механизм устройства заключается в электрохимическом внедрении мельчайшего иона, протона, в изолирующий оксид для модуляции его электронной проводимости. Ученые использовали мощное электрическое поле для того чтобы ускорить протоны и перевести ионные транзисторы в наносекундный режим работы.

Исследователи отмечают, что секрет новых устройств в использовании неорганического фосфорсиликатного стекла. Оно обеспечивает сверхбыстрое движение протонов, поскольку содержит множество пор нанометрового размера, поверхности которых обеспечивают пути диффузии элементарных частиц. Оно может выдерживать очень сильные импульсные электрические поля.

Потенциал действия в биологических клетках растет и падает с временной шкалой в миллисекунды, поскольку разность потенциалов примерно в 0,1 вольта ограничивается стабильностью воды. В своей работе мы применяем до 10 вольт через специальную твердую стеклянную пленку наноразмерной толщины, которая производит протоны, не повреждая ее. И чем сильнее поле, тем быстрее работают ионные устройства.

В человеческом мозге обучение происходит благодаря усилению и ослаблению связей между синапсами. Глубокие нейронные сети используют аналогичную стратегию, когда весы узлов (нейронов) программируются с помощью обучающих алгоритмов. При использовании процессоров увеличение и уменьшение электрической проводимости протонных резисторов обеспечивает аналоговое машинное обучение.

Проводимость контролируется движением протонов. Чтобы увеличить проводимость, больше протонов выталкивается в канал в резисторе, а для уменьшения проводимости протоны выводятся. Это достигается с помощью электролита (похожего на аккумулятор), который производит протоны, но блокирует электроны. Увеличение скорости движения протонов существенно ускоряет процесс машинного обучения.

<< Назад: Продукты и напитки стали слаще 03.08.2022

>> Вперед: Собаки могут видеть носом 02.08.2022

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Младенцы понимают смысл труда 04.10.2017 Известно, что маленькие дети прекрасно понимают причинно-следственные связи, причем детям тут не нужно большой статистики, достаточно всего лишь нескольких наглядных примеров. Уже в возрасте пятнадцати месяцев ребенок отлично понимает связь межу затраченными усилиями и результатом. Психологи из Массачусетского технологического института показывали пятнадцатимесячным детям, как они сами, то есть взрослые-экспериментаторы, пытаются выполнить различные действия: одни пытались снять игрушечную лягушку с какой-то коробки, другие занимались тем, что снимали с брелка цепочку для ключей. Кто-то из экспериментаторов выполнял задания быстро, а кто-то, наоборот, возился очень долго, демонстрируя, сколь много сил у него на это уходит. Затем детям давали музыкальную игрушку, которая издавала разные звуки, стоило только нажать ей на кнопку. Фокус был, однако, в том, что у игрушки было две кнопки: первая, которая не работала - на самом виду, и вторая, которая как раз и включала звуки и которая была очень хорошо спрятана. Детям заранее показывали, что игрушка может играть музыку, однако не показывали, что для этого нужно с ней сделать, после чего игрушку отдавали им в руки. В течение двух минут младенцы пытались добиться от нее каких-то звуков, а психологи наблюдали, как именно они будут поступать. Найти истинную кнопку, повторим, было почти невозможно, но она и не была целью - исследователей интересовало, как долго дети будут стараться сами решить проблему. Оказалось, что если ребенок перед тем видел взрослого, который тратил много усилий ради какой-то цели, то и сам младенец работал усерднее: прежде чем отбросить игрушку или попросить помощи у взрослых, такие дети нажимали на неправильную кнопку в два раза больше по сравнению с теми, кто видел взрослых, которые добивались своей цели легко. Любопытно, что усилия детей во многом зависели также от того, как с ними общался взрослый человек: если он смотрел ребенку в глаза, называл его по имени, вообще общался с ним, то ребенок предпринимал больше усилий в отношении игрушки. Если же взрослый напрямую не взаимодействовал с младенцем, то ребенок раньше прекращал попытки запустить музыку - однако сам эффект более усердного труда по чужому примеру никуда не исчезал, просто становился слабее.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025