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 Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
Ученые МИЭМ ВШЭ предложили математическую модель, которая позволяет понять, как взаимодействие между сообществами влияет на их устойчивость. Работа основана на классической теории эволюционных игр и демонстрирует неожиданный эффект: даже небольшое информационное воздействие одного сообщества на другое может привести к тому, что одно из них сохранит внешнюю стабильность, а в другом начнутся хаотические изменения на уровне отдельных участников.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
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.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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