[ad_1]
Tanto el cerebro humano como la computadora dependen de la memoria o de la capacidad de almacenar información de una manera fácilmente accesible. La principal diferencia es que el procesamiento de información computarizado requiere mover datos de un lado a otro entre una unidad de almacenamiento y una unidad central de procesamiento (CPU). Por el contrario, el procesamiento de información en el cerebro implica el cálculo directo de los datos almacenados. El cuello de botella de Von Neumann, una separación ineficiente, es un factor que incrementa el coste energético de los ordenadores.
![](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_40802_17109387015863076.png)
Desde la década de 1970, los investigadores han estado trabajando en el concepto de memristor (resistencia de memoria), un componente electrónico que puede calcular y almacenar datos como una sinapsis.
Aleksandra Radenovic, del Laboratorio de Biología a Nanoescala (LBEN) de la Escuela de Ingeniería de la EPFL, tiene la mira puesta en algo aún más ambicioso: un dispositivo memristivo nanofluídico funcional basado en iones en lugar de electrones y sus contrapartes con carga opuesta (agujeros). Un enfoque de este tipo sería más similar a la forma mucho más eficiente desde el punto de vista energético del cerebro de procesar la información.
Los memristores ya se han utilizado para construir redes neuronales electrónicas, pero nuestro objetivo es construir una red neuronal nanofluídica que aproveche los cambios en las concentraciones de iones, similares a los que se encuentran en los organismos vivos.
Aleksandra Radenovic, profesora, EPFL
El investigador postdoctoral del LBEN, Théo Emmerich, añade: “Hemos fabricado un nuevo dispositivo nanofluídico para aplicaciones de almacenamiento que es significativamente más escalable y potente que los intentos anteriores. Esto nos ha permitido conectar dos de estas “sinapsis artificiales” por primera vez, allanando el camino para el desarrollo de hardware líquido inspirado en el cerebro..”
Electrónica de la naturaleza publicó el estudio.
Solo agrega agua
Los memristores pueden cambiar entre dos estados de conductividad (encendido y apagado) manipulando el voltaje aplicado. Los memristores electrónicos procesan información digital utilizando electrones y huecos, pero el memristor de LBEN puede utilizar una variedad de iones. Para su estudio, los investigadores sumergieron su dispositivo en una solución de agua con electrolitos que contenía iones de potasio, aunque también se pueden utilizar iones adicionales como sodio y calcio.
“Podemos optimizar la memoria de nuestro dispositivo cambiando los iones que utilizamos, lo que afecta a cómo se enciende y apaga o a cuánta memoria almacena“Añadió Emmerich.
El dispositivo se fabricó en un chip en el núcleo MicroNanoTechnology de EPFL mediante la construcción de un nanoporo en el centro de una membrana de nitruro de silicio. Para crear nanocanales de iones, los investigadores agregaron capas de paladio y grafito. Cuando una corriente fluye a través del chip, los iones se filtran a través de los canales y convergen en el poro, donde su presión forma una burbuja entre la superficie del chip y el grafito.
La burbuja empuja la capa de grafito hacia arriba, haciendo que el dispositivo sea más conductor y cambiando el estado de la memoria a «encendido». El dispositivo «recuerda» su estado anterior porque la capa de grafito permanece elevada incluso cuando no se aplica energía. Un voltaje negativo hace que las capas vuelvan a entrar en contacto, lo que vuelve a poner la memoria en el estado «apagado».
Los canales iónicos del cerebro sufren cambios estructurales dentro de una sinapsis, que también imita la biología.
Yunfei Teng, Ph.D. Estudiante, LBÉN
Teng trabajó para crear los dispositivos, llamados canales altamente asimétricos (HAC) debido a la forma del flujo de iones hacia los poros centrales.
Nathan Ronceray, estudiante de doctorado de LBEN, añade que el seguimiento en tiempo real por parte del equipo de la actividad de la memoria HAC es un logro completamente nuevo en este campo.
Como estábamos lidiando con un fenómeno de la memoria completamente nuevo, construimos un microscopio para observarlo en acción.
Nathan Ronceray, Ph.D. Estudiante, LBÉN
Los investigadores, en colaboración con Riccardo Chiesa y Edoardo Lopriore del Laboratorio de Estructuras y Electrónica a Nanoescala, dirigido por Andras Kis, lograron conectar dos HAC a un electrodo para construir un circuito lógico de flujo de iones. Este avance marca la primera demostración de operaciones lógicas digitales utilizando dispositivos iónicos similares a las sinapsis.
Sin embargo, los investigadores no hicieron esto; Su próximo objetivo es conectar una red de HAC con canales de agua para construir circuitos completamente líquidos. Además de proporcionar un mecanismo de enfriamiento incorporado, el agua facilita la construcción de dispositivos biocompatibles con uso potencial en interfaces cerebro-computadora o neuromedicina.
Referencia de la revista:
Emmerich, T., et. Alabama. (2024) Lógica nanofluídica con interruptores memristivos mecanoiónicos. Electrónica de la naturaleza. doi:10.1038/s41928-024-01137-9
Fuente: https://english.cas.cn/
[ad_2]