Ученые разработали молекулярные устройства, способные к адаптации и обучению

Специалисты из Индийского института науки (IISc) представили революционные молекулярные устройства, которые могут изменять свое поведение в реальном времени, выполняя функции памяти, логического элемента или искусственного синапса.

Это открытие может стать шагом к созданию электроники, способной к обучению, подобно человеческому мозгу. На протяжении более полувека ученые искали замену кремнию, разрабатывая электронные устройства на основе молекул. Хотя идея выглядела многообещающе, реальная реализация оказалась гораздо более сложной задачей. В действительности молекулы взаимодействуют друг с другом, а не функционируют как изолированные элементы, что приводит к сложным высоконелинейным реакциям при изменении условий.

В исследовании, возглавленном Шритошем Госвами, ученые разработали миниатюрные молекулярные устройства с возможностью многообразной настройки поведения. В зависимости от применяемого стимула одно и то же устройство может функционировать в качестве элемента памяти, логического вентили, селектора, аналогового процессора или электронного синапса. "Такой уровень адаптивности в электронных материалах встречается крайне редко", — отметил Шритош Госвами. Гибкость этих устройств обусловлена специфической химией, используемой при их создании. Исследователи синтезировали 17 различных комплексов рутения и исследовали, как минимальные изменения в структуре молекул и ионной среде влияют на поведение электронов.

Настраивая лиганды и ионы, команда продемонстрировала, что одно устройство может проявлять множество динамических откликов и переключаться между цифровым и аналоговым режимами с разнообразной проводимостью. Для анализа этого поведения была разработана транспортная модель, основанная на многочастичной физике и квантовой химии, позволяющая предсказывать поведение устройства из его молекулярной структуры. "Меня поразила универсальность, скрытая в одной системе", — сказала аспирант Паллави Гаур, первый автор работы. По словам исследователей, при наличии подходящей молекулярной химии такое устройство может сохранять информацию, выполнять вычисления и даже обучаться. Ключевым результатом исследования является то, что адаптивность этих комплексов позволяет интегрировать функции памяти и вычислений в одном материале, что открывает новые горизонты для создания нейроморфного оборудования, где обучение закодировано непосредственно в материале. Команда уже занимается интеграцией этих молекулярных систем с кремниевыми чипами, стремясь разработать новое поколение энергоэффективного аппаратного обеспечения для искусственного интеллекта с внутренними интеллектуальными способностями.

Читайте также: