Künstliche Synapsen 10.000 Mal schneller als biologische Synapsen

Ein Team von Wissenschaftlern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat einen Widerstand entwickelt, der eine natürliche Gehirnsynapse nachahmt, die nach Angaben der Autoren tausendmal kleiner und zehntausendmal schneller ist als ihr biologisches Vorbild. Die Forscher beschrieben ihren Ansatz, insbesondere die Idee, beim Entwurf künstlicher neuronaler Netze Gedächtnispersistenz und Verarbeitungsgeschwindigkeit miteinander in Einklang zu bringen, in einer Veröffentlichung in Science.

Sie entwarfen ein Element, dessen Leitfähigkeit durch das Einführen oder Entfernen von Protonen in einen Kanal aus Phosphosilikatglas (PSG) reguliert wird. In gewisser Weise ahmt dies das Verhalten biologischer Synapsen nach, die Ionen zur Übertragung von Signalen über die Lücke zwischen zwei Neuronen verwenden. Das Gerät ist mit drei Anschlüssen ausgestattet, von denen zwei den Eingang und den Ausgang der Synapse darstellen, während der dritte dazu dient, ein elektrisches Feld anzulegen, das Protonen dazu anregt, sich vom Reservoir zum PSG-Kanal oder umgekehrt zu bewegen, je nach Richtung des elektrischen Feldes. Mehr Protonen im Kanal erhöhen seinen Widerstand.

 Bild Quelle: Pixabay ; Science

Die Forscher entwickelten die Konstruktionsprinzipien für diese Schaltung bereits im Jahr 2020, aber ihre früheren Prototypen verwendeten Materialien, die nicht mit den Entwicklungsprozessen für integrierte Schaltungen kompatibel waren. Die Umstellung auf PSG hat die Schaltgeschwindigkeit drastisch erhöht, da die Nanoporen in der Struktur den Protonen erlauben, sich sehr schnell durch das Material zu bewegen. Darüber hinaus kann es sehr starken elektrischen Feldimpulsen standhalten, ohne Schaden zu nehmen. Spannungen von bis zu 10 Volt verleihen Protonen einen enormen Geschwindigkeitsschub und sind der Schlüssel zum Leistungsvorteil gegenüber biologischen Synapsen.