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脳の神経細胞の活動を再現することができる装置が発明される – GIGAZINE



現代科学でも、人間の脳のようなレベルの計算能力を持つコンピュータは実現されておらず、これは、単一の人間の脳のニューロン動作を再現することができる装置がないため、とされていました。 しかしメンリスターを使用して神経細胞の計算能力を実現可能なデバイスがヒューレット・パッカード(HP)の研究所の研究者によって発表されています。

ニューロモピック工学のための3次ナノ回路素子| 自然
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2735-5

メンリスター革新:ニューロンのように行動する最初のシングルニューロン-IEEEスペクトル
https://spectrum.ieee.org/nanoclast/semiconductors/devices/memristor-first-single-device-to-act-like-a-neuron

HP研究所のスハースクマー氏等による研究チームは、ニューロンの活動電位と同様の電気信号を出力することができる約100ナノメートルの装置を発表した。次の画像が研究者によって開発された抵抗・コンデンサ・モートメモリスターを兼ね備えた装置の拡大図である。


そして次の画像は、デバイスの構造を示したイメージ図である。装置は、白金(Pt)・窒化チタン(TiN)、酸化ニオブ(NbO2)・二酸化ケイ素(SiO2)・窒化シリコン(SiNXの)・タングステン(W)で構成されています。モートメモリスターは通過電荷を保存して、抵抗値を変えることができるメリスターの特性だけでなく、温度に応じて抵抗値を変更することができるという特性を持っており、酸化ニオブで発生するモート転移というの温度に応じて、金属絶縁体となる現象を利用して、同じ特性を実現しています。


デバイスに直流電圧が加わると、酸化ニオブが加熱された絶縁体から導体に切り替えます。 この転移が発生したときに、デバイスに蓄積された電荷がコンデンサの部分に流れていきます。 その装置が冷却される酸化ニオブは、絶縁体への移行を開始し、ニューロンの活動電位に似たような電流スパイクが発生した研究チームは見ている。

研究チームの一つであるテキサスA&M大学のRスタンレーウィリアムズは、デバイスを実現するために、約5年を過ごしたています。 ウィリアムズ氏によると、実験に成功した装置の構造は、材料の種類や量装置に追加温度、電流などの安定した調整を経て到着したことで、偶然発見することができるものではなかったという。 「この組み合わせは、すべてが完璧でなければですが、一度作ってしまえば非常に強力で再現性のある組み合わせでもあります」とウィリアムズは語ったています。


また、ニオブ酸化物がモット転移を起こすのは約800度のかなりの高温という短所があるため、装置の実用化は難しいと思われる。 装置を実用的なものにするためには、クマさんとウィリアムズは、他の温度でモット転移を起こすことができる他の材料の調査を計画しています。

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Omori Yoshiaki

ミュージックホリック。フードエバンジェリスト。学生。認定エクスプローラー。受賞歴のあるウェブエキスパート。」

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