Künstliche Synapsen nach Vorbild des Gehirns

Neue Funktionalität für künstliche Synapsen gesucht

Entscheidend bei diesen künstlichen Synapsen ist die Lernfähigkeit. Denn nur sie ermöglicht es ihnen ähnlich dem biologischen Vorbild, eine Vorauswahl für die wirklich nötigen Daten zur Verarbeitung zu treffen. Genau dies gelang  Forschern von Heraeus und der Jülich Aachen Research Alliance (JARA) . Sie haben herausgefunden, wie sich künstliche Synapsen beliebig schalten und sich somit Datenmengen kontrollieren lassen. Durch die Integration einer Art von Widerstand kann zwischen niedrigen und hohen Spannungswerten gewechselt werden. So lässt sich steuern, welche Daten zuerst vom intelligenten System verarbeitet werden sollen. Und das sehr viel energieeffizienter als vorher. Ermöglicht wird dies durch einen besonderen Clou.

Der Kniff: Memristoren mit Fremdatomen in der Oxidschicht

Um die Schaltzeiten der künstlichen Synapsen und damit auch die Datenverarbeitung beeinflussen zu können, hat Heraeus als erster gezielt Fremdatome in die hochreine, ultradünne, amorphe Quarzglasschicht (Siliziumdioxid), aus der die Memristoren bestehen, eingebracht. Dabei entdeckten die Experten, dass sich über die Anzahl der Fremdatome unterschiedlich erregbare Arten von künstlichen Synapsen konstruieren lassen. Mit diesem Wissen könnten Hersteller memristive Elemente mit genau den Funktionen entwickeln, die sie brauchen.

Die gezielt dotierten Gläser werden vom Quarzglasspezialisten  Heraeus Conamic entwickelt und hergestellt, der auch das Patent daran hält. Ein Test brachte auch gleich einen neuen Schaltzeitrekord von 1,4 Nanosekunden – zuvor lag er noch bei 10 Nanosekunden. Ideale Voraussetzungen, um die Entwicklung neuro-inspirierter Computer voranzutreiben.