人工納米流體突觸可實(shí)現(xiàn)存內(nèi)計(jì)算。圖片來(lái)源：洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院

　　瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院工程學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)制造了一種用于內(nèi)存的新型納米流體設(shè)備，這使他們第一次能連接兩個(gè)“人工突觸”。該設(shè)備為受大腦啟發(fā)的液體硬件設(shè)計(jì)鋪平了道路。這項(xiàng)研究發(fā)表在最新一期《自然·電子學(xué)》雜志上。

　　大腦信息處理是直接對(duì)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)執(zhí)行計(jì)算，而計(jì)算機(jī)則在內(nèi)存單元和中央處理單元之間來(lái)回傳輸數(shù)據(jù)。這種低效的分離(馮諾依曼瓶頸)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)能源成本不斷上升。

　　自20世紀(jì)70年代以來(lái)，研究人員一直致力于研究憶阻器。這是一種電子元件，可像突觸一樣計(jì)算和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。但洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院工程學(xué)院納米生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建了一種依賴離子而不是電子的功能性納米流體憶阻器件。這種器件更接近大腦節(jié)能的信息處理方式。

　　電子憶阻器依靠電子和空穴來(lái)處理數(shù)字信息，而新開發(fā)的憶阻器可利用一系列不同的離子來(lái)處理。該器件在芯片上制造，方法是在氮化硅膜的中心創(chuàng)建一個(gè)納米孔。研究人員添加了鈀和石墨層來(lái)創(chuàng)建離子納米通道。當(dāng)電流流過芯片，離子通過通道并聚集在孔隙處時(shí)，芯片表面和石墨之間產(chǎn)生氣泡。當(dāng)石墨層被氣泡迫使向上時(shí)，該器件變得更加導(dǎo)電，并將存儲(chǔ)狀態(tài)切換為“開啟”。當(dāng)負(fù)電壓使各層重新接觸，存儲(chǔ)器則重置為“關(guān)閉”狀態(tài)。

　　研究人員表示，大腦中的離子通道在突觸內(nèi)經(jīng)歷了結(jié)構(gòu)變化，根據(jù)離子流向中央毛孔的形狀，該器件被稱為高度不對(duì)稱通道。團(tuán)隊(duì)成功地將兩個(gè)高度不對(duì)稱通道與一個(gè)電極連接起來(lái)，從而形成基于離子流的邏輯電路。

　　只要將器件浸入含有離子的電解質(zhì)水溶液中，通過改變離子，譬如鉀、鈉和鈣，就會(huì)調(diào)整器件的內(nèi)存，從而影響它從打開到關(guān)閉的方式以及它的內(nèi)存量。這一手法非常新奇。研究人員接下來(lái)還可以將這一器件與水道連接起來(lái)，創(chuàng)建全液體回路。這樣不但能構(gòu)建內(nèi)置冷卻機(jī)制，水的使用還將促進(jìn)生物相容性器件的開發(fā)?？梢韵胍姡@些器件在腦機(jī)接口和神經(jīng)醫(yī)學(xué)方面將具有非凡的應(yīng)用。