完全模仿人類(lèi)大腦，西班牙成功制造了模擬大腦存儲(chǔ)信息的磁性材料

今天，西班牙科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種磁性材料，能夠模仿人類(lèi)大腦存儲(chǔ)信息的方式。這種材料可以模擬神經(jīng)元的突觸，并*模擬人類(lèi)深度睡眠時(shí)產(chǎn)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)。神經(jīng)形態(tài)計(jì)算是一種新的計(jì)算范式，科學(xué)家們可以通過(guò)模仿神經(jīng)元的主要突觸功能來(lái)模擬大腦的行為。這些功能中包括神經(jīng)元可塑性：根據(jù)刺激神經(jīng)元的電脈沖的持續(xù)時(shí)間和重復(fù)次數(shù)來(lái)存儲(chǔ)信息或遺忘信息的能力，這種可塑性與學(xué)習(xí)和記憶有關(guān)。

在模擬神經(jīng)元突觸的材料中，記憶電阻材料、鐵電材料、相變記憶材料、拓?fù)浣^緣體以及*近的磁離子材料領(lǐng)域脫穎而出。在后者，由于施加電場(chǎng)而引起的材料內(nèi)離子的位移引起了磁性的變化。

在這些材料中，我們知道當(dāng)電壓停止時(shí)磁性的演化（即刺激后的演化）很難控制。這使得模擬一些受大腦啟發(fā)的功能變得復(fù)雜，例如，即使大腦處于深度睡眠狀態(tài)（即，沒(méi)有外部刺激），也要保持學(xué)習(xí)的效率。所以西班牙多所大學(xué)合作，提出了一種控制受激和后刺激狀態(tài)下磁化演化的新方法。

科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種基于一氮化鈷CoN薄層的材料，通過(guò)施加電場(chǎng)，科學(xué)家們可以控制N離子在該層與放置該層的液體電解質(zhì)之間的界面處的反應(yīng)�！斑@種新材料以類(lèi)似于我們大腦的方式，通過(guò)電壓控制的離子運(yùn)動(dòng)，其速度與神經(jīng)元產(chǎn)生的速度相似，大約為毫秒。我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一種人工突觸，未來(lái)會(huì)成為一種新的計(jì)算范式的基礎(chǔ)，而不是當(dāng)前計(jì)算機(jī)所使用的模式�！�

通過(guò)施加電壓脈沖，可以以受控的方式模擬諸如存儲(chǔ)器、信息處理、信息檢索等過(guò)程，并且*在沒(méi)有施加電壓的情況下對(duì)信息進(jìn)行受控更新。這種控制是通過(guò)改變一氮化鈷層的厚度（決定離子運(yùn)動(dòng)的速度）和脈沖的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)的，材料的布置允許不僅在施加電壓時(shí)而且在*次移除電壓時(shí)控制磁離子特性。一旦外部電壓刺激消失，系統(tǒng)的磁化強(qiáng)度可以減小或增大。

這一新效應(yīng)為新的神經(jīng)形態(tài)計(jì)算功能提供了很多新的可能，它提供了一種新的邏輯功能，例如，當(dāng)我們深度睡眠時(shí)，可以模擬大腦刺激后發(fā)生的神經(jīng)學(xué)習(xí)，這種功能無(wú)法被任何其他類(lèi)型的現(xiàn)有神經(jīng)形態(tài)材料模仿。

“當(dāng)一氮化鈷層的厚度低于50納米，并且施加的電壓頻率大于每秒100個(gè)周期時(shí)，我們成功地模擬了一個(gè)額外的邏輯功能：一旦施加電壓，設(shè)備就可以被編程為學(xué)習(xí)或遺忘，而不需要任何額外的能量輸入。在深度睡眠期間，當(dāng)信息處理可以在不施加任何外部信號(hào)的情況下繼續(xù)進(jìn)行時(shí)，大腦會(huì)在深度睡眠過(guò)程中保持清醒�！笨茖W(xué)家們解釋說(shuō)。