Не секрет, що головний мозок працює не так, як електронні ланцюги комп’ютера. Вони мають різну архітектуру, зблизити яку мріє не одне покоління вчених. Мозок зберігає та обробляє дані в одному місці, тоді як комп’ютер постійно пересилає їх між процесором та банками пам’яті. Головна проблема у відсутності відповідного осередку пам’яті, яка водночас грала роль транзистора, із чим обіцяють допомогти вчені зі США.
Команда вчених з Північно-Західного університету (Northwestern University), Бостонського коледжу (Boston College) і Массачусетського технологічного інституту (MIT) повідомила, що вони створили і випробували так званий синаптичний транзистор, який виявився здатним працювати у складі нейронних мереж з асоціацією. Головною перевагою розробки вчені вважають здатність транзистора працювати при кімнатній температурі з гранично невеликим споживанням 20 пВт (піковатт).
У живій нервовій тканині синапс є зазор між закінченням одного нейрона і початком іншого (якщо мова йде про головний або спинний мозок). У цьому проміжку відбуваються біохімічні реакції, які відповідають за передачу нервового імпульсу далі або за його блокування. Представлений вченими транзистор виконує подібну функцію, але у роботі він використовує фізичні явища і процеси.
За великим рахунком, технологія належати до сфери муарових квантових матеріалів. У багатьох випадках такі матеріали працюють за умов кріогенного охолодження. Тому для команди дослідників було важливо показати ефект за кімнатної температури, з чим вони успішно впоралися.
Транзистор, якщо його так можна назвати, є двома накладеними один на одного шарами матеріалу атомарної товщини, злегка зміщеними один щодо одного в горизонтальній площині. Один шар – це графен, а другий шар – це нітрид бору з гексагональними ґратами. Поворот одного з них на певний кут створює муаровий візерунок із двох поєднаних структур, і в цьому все диво. Правильні кути, при яких виявляються виразні взаємодії, навіть прийнято називати магічними.
При певних кутах повороту кулонівські взаємодії між двома матеріалами переходять у розряд екзотичних електричних взаємодій, які у звичайних матеріалах не зустрічаються, що відкриває потенціал для використання таких структур у майбутній електроніці з пізнаною до кінця функціональністю.
До честі дослідників вони пішли далі і створили на основі представлених умовних транзисторних переходів ряд нейронних ланцюгів, які показали здатність до асоціативного навчання. Експериментальні схеми навчалися розпізнавати групи цифр у бінарному кодуванні, з чим успішно впоралися. Наприклад, нейронні ланцюги відокремили комбінації 000 і 111 від 101, показавши асоціативний зв’язок перших та їх відмінність від третьої комбінації. Таким чином, повідомляють в анотації до статті в журналі Nature вчені, «муаровий синаптичний транзистор забезпечує ефективні схеми обчислень у пам’яті та передбачають передові апаратні прискорювачі для штучного інтелекту та машинного навчання».