石墨烯突触推进类脑计算机

像人脑一样思考的计算机正在逐渐接近主流采用。但仍有许多悬而未决的问题。其中最紧迫的是，什么类型的材料可以作为最好的构建块来释放这种新型计算的潜力。

对于大多数传统计算设备，硅仍然是黄金标准。然而，对于这些类脑设备来说，使用更灵活、更高效和更环保的材料正在兴起。

在一篇新论文中，德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员使用薄而灵活的材料石墨烯开发了用于类脑计算机的突触晶体管。这些晶体管类似于大脑中的突触，将神经元彼此连接起来。

“像大脑一样思考的计算机可以做的事情比今天的设备要多得多，”科克雷尔工程学院电气与计算机工程师系助理教授、今天发表在《自然通讯》上的论文的主要作者JeanAnneIncorvia说。“通过模仿突触，我们可以教这些设备在飞行中学习，而不需要消耗大量能量的巨大训练方法。”

这项研究

石墨烯和聚合物膜材料nafion的组合构成了突触晶体管的骨架。这些材料共同展示了关键的类似突触的行为——最重要的是，随着时间的推移，这些通路随着使用频率的增加而增强的能力，一种神经肌肉记忆。在计算方面，这意味着设备将能够随着时间的推移在识别和解释图像等任务上做得更好，并且做得更快。

另一个重要发现是这些晶体管具有生物相容性，这意味着它们可以与活细胞和组织相互作用。这对于与人体接触的医疗设备的潜在应用至关重要。用于这些早期类脑装置的大多数材料都是有毒的，因此它们无法以任何方式接触活细胞。

为什么重要

借助自动驾驶汽车、无人机和机器人等新的高科技概念，我们正在达到硅芯片在数据处理和存储方面可以有效发挥作用的极限。对于这些下一代技术，需要一种新的计算范式。神经形态设备模仿大脑的处理能力，大脑是用于沉浸式任务的强大计算机。

“我们的人工突触的生物相容性、灵活性和柔软性至关重要，”共同领导该项目的博士后研究员DmitryKireev说。“在未来，我们设想它们与人脑直接整合，为未来的大脑假体铺平道路。”

真的会发生吗?

神经形态平台开始变得越来越普遍。英特尔和三星等领先的芯片制造商要么已经生产了神经形态芯片，要么正在开发它们。然而，目前的芯片材料限制了神经形态设备的功能，因此学术研究人员正在努力寻找适合软脑类计算机的完美材料。

“就材料而言，它仍然是一个很大的开放空间;它还没有缩小到下一个尝试的大解决方案，”Incorvia说。“而且它可能不会仅限于一种解决方案，不同的材料对不同的应用更有意义。”