В ЮФУ изучили потенциал ниобата лития для синаптических устройств
Команда лаборатории «Нейроэлектроника и мемристивные наноматериалы» Института нанотехнологий, электроники и приборостроения ЮФУ получает новые материалы для элементной базы нейроморфной электроники. В качестве активного слоя в искусственных синапсах нейропроцессоров будущего, возможно, будут использоваться пленки ниобата лития.
В любом современном компьютере или смартфоне есть процессор — универсальное устройство, созданное для выполнения программ. Принципы работы традиционного процессора были заложены еще в сороковых годах прошлого века и с тех пор не особо менялись: CPU считывает команды и выполняет их по одному за цикл работы. На современных процессорах этих циклов может быть несколько миллиардов в секунду, и за счет этого человеку кажется, что его компьютер выполняет множество задач одновременно, но он все же выполняет их по очереди.
Нейроморфные процессоры работают кардинально иначе — они повторяют структуру человеческого мозга, который действительно многозадачен. Недавно подобный процессор запустила в серийное производство российская компания «Касперский», так что нейроморфная электроника — больше не научная фантастика. Однако эта технология еще очень нуждается в новых исследованиях и открытиях, способных многократно увеличить ее эффективность.
В Южном федеральном университете этим фронтиром научных исследований занимается лаборатория «Нейроэлектроника и мемристивные наноматериалы» (Нейромена). Совсем недавно младший научный сотрудник этой лаборатории Даниил Хахулин выступил на «Школе молодых ученых» в рамках Всероссийского форума «Микроэлектроника-2023». Его доклад признали лучшим среди молодых ученых России в секции «Искусственный интеллект, цифровые двойники и нейроподобные системы», работа была посвящена ниобату лития как перспективному нейроморфному материалу.
«Несмотря на внешние различия, фундаментально интегральные цепи и мозг очень похожи: и в той, и в другой системе информация представлена в виде заряда, прохождение которого ограничивается энергетическими барьерами и направляется модуляцией проводящих каналов», — рассказал Даниил Хахулин.
Базовым элементом в человеческом мозге является нейрон, или нервная клетка. Между собой нейроны связаны при помощи синапсов. Несколько десятков миллиардов нейронов составляют сложную самообучающуюся систему, до которой пока что далеко любому компьютеру. В вычислительной технике самым мелким «кирпичиком» считается транзистор: таких микроскопических элементов в типичном процессоре компьютера или смартфона имеется несколько миллиардов. Дисциплина, известная как нейроморфный инжиниринг, уже несколько десятилетий ставит перед собой задачу воспроизвести, хотя бы частично, структуру человеческого мозга в виде электронных схем.
При этом большинство специалистов в мире сошлись во мнении, что самым лучшим материалом для создания нейроморфного процессора — компьютера с «нейронами» и «синапсами» — является оксид гафния. Результаты исследований лаборатории «Нейромена» Южного федерального университета показывают, что в некоторых случаях имеет смысл рассматривать и другие материалы.
«Пленки ниобата лития, полученные методом импульсного лазерного осаждения, по ряду параметров отвечают тем же требованиям, что и другие материалы для синаптических устройств. Если продолжать эксперименты с этим соединением, получать всё новые композиты на его основе, то с большой вероятностью мы однажды получим материал, превосходящий аналоги, и нейроморфные процессоры будут производиться из него», — подчеркнул Даниил Хахулин.
Ученые ЮФУ уже имеют на руках не только образцы нового материала, но и инновационные методики управления его состоянием. Изменяя ток, напряжение и длительность импульса, сотрудники лаборатории «Нейромена» ИНЭП ЮФУ научились контролировать сопротивление и пластичность ниобата лития.
«Ряд материалов снискал больше внимания исследователей в решении задач нейроморфной микроэлектроники в первую очередь благодаря сочетанию оптимальных электрофизических свойств и технологичности. Однако это не исключает поиска новых материалов для повышения эксплуатационных характеристик конечных устройств нейроэлектроники. Главным преимуществом и одновременно недостатком наших пленок является высокое сопротивление. Однако гибкость технологии импульсного лазерного осаждения позволяет нам получать композитные пленки, варьируя концентрацию примеси как по толщине пленки, так и по ее поверхности. Это открывает путь к поиску композита на основе с наилучшим сочетанием свойств применительно к задачам нейроморфной электроники», — подытожил Даниил Хахулин.
Лаборатория «Нейроэлектроника и мемристивные наноматериалы» (Нейромена) создана в рамках проекта мегагрантов и отвечает задачам стратегического проекта ЮФУ «Интеллектуальные технологии управления и обработки информации в перспективных роботизированных комплексах и гибридных системах» федеральной программы «Приоритет-2030» (нацпроект «Наука и университеты»). Ее фундаментальной целью является разработка элементной базы гибридных нейроморфных систем на основе биосовместимых мемристивных наноматериалов и композитов на их основе. По словам ученых, разработки лаборатории могут найти применение в робототехнических системах, нейропроцессорной компьютерной архитектуре нового поколения и везде, где есть возможность внедрения систем искусственного интеллекта.
Telegram 
Дзен 
VK Исследователи из МИЭМ ВШЭ и ИПКОН РАН разработали новую математическую модель мониторинга, которая позволяет фиксировать источник опасных подземных вибраций в реальном времени. Технология поможет снизить риск повреждения зданий, дорог и другой инфраструктуры рядом с карьерами и шахтами.
Планетологи обнаружили на поверхностях Титана и Плутона схожую полосу поглощения, которая не совпадает со спектрами известных льдов или органических соединений. Этот загадочный «провал» может указывать на то, что на двух очень разных ледяных мирах Солнечной системы существует общий, пока неизвестный науке класс химических веществ, поглощающий свет, который формируется под действием экстремального холода и космической радиации.
На севере Австралии живет паук с весьма необычными охотничьими повадками. Он возводит «конструкцию», которая работает как древнее метательное оружие. Добыча взлетает над землей, а потом запутывается в паучьей сети. Такая тактика охоты, по-видимому, применяется лишь по отношению к конкретному виду муравьев.
Паразитические организмы иногда не учитывают, что сами могут оказаться целью паразита более высокого уровня. Сосредотачивая все свои силы на инфицировании и размножении, они остаются беззащитными перед агрессивным специализированным нахлебником.
Интригующие испытания высотного ракетного двигателя Raptor Vacuum для корабля Starship, верхней ступени сверхракеты Илона Маска, парадоксальны. Его работа на уровне моря уже сама по себе загадка. Ведь, по классическим представлениям, высотные двигатели на уровне моря корректно не работают. А сопло RaptorVAC на наземном стенде извергает реактивную струю без всяких признаков нарушения работы. Как такое может быть?
В нижних и верхних слоях Урана астрономы впервые зарегистрировали угарный газ и циановодород. Новые данные указали на то, что недра планеты могут быть значительно обогащены кислородом. Это открытие поможет разрешить давнюю загадку о том, сформировался ли Уран иначе, чем его ближайший сосед Нептун, или их образование шло по схожему сценарию.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Вначале Reuters опубликовал статью о взаимоотношениях SpaceX и Пентагона, которую миллиардер --- традиционно для его отношений с этим изданием — назвал фейком. Опровергая ее тезисы, он обнародовал информацию, не представленную ранее публично.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно