Organische transistor kan synaps simuleren

Onderzoekers van twee onderzoeksinstituten zijn erin geslaagd organische transistors te ontwikkelen die als een synaps, de verbinding tussen twee neuronen, kunnen functioneren. Daarmee zouden neuro-computers mogelijk zijn.

Door de natuur te imiteren, denken wetenschappers een methode te kunnen ontwikkelen om computers te maken die informatie kunnen verwerken op een vergelijkbare wijze als hersenen. Dergelijke neurale netwerken zouden in staat moeten zijn complexe problemen, zoals visuele herkenning van gezichten en andere objecten, aan te kunnen. Op silicium gebaseerde computers hebben daar aanzienlijke moeite mee, een verschijnsel dat bekend staat als de von Neumann-bottleneck. Door de scheiding van rekenlogica en geheugen zijn computers niet in staat gegevens op dezelfde fysieke locatie te verwerken en op te slaan, zoals dat in al dan niet menselijke hersenen wel gebeurt.

Hersenen, en vooral de verbindingen tussen neuronen, werken niet als binair systeem: een signaal-ontvangend neuron, of postsynaptisch neuron, genereert een spanning die afhankelijk is van de frequentie waarmee het signaal-versturende neuron, of presynaptisch neuron, zijn signaal verstuurt. De synaps vormt de verbinding tussen de twee neuronen. Bovendien vertonen de synapsen een verschijnsel dat als 'short term plasticity' bekend staat: dit stelt de neuronen in staat signalen dynamisch te verwerken door de onderlinge verbindingen sterker of zwakker te maken.

De onderzoekers zijn werkzaam bij het CNRS van de universiteit van Lille en het LIST, onderdeel van het Franse CEA. Zij ontwikkelden hun organische synaptische transistors, die zij nomfet's noemen, door gouden nanodeeltjes te combineren met een organische transistor. De met pentaceen gecoate gouddeeltjes, met een doorsnede van 5 of 20nm, werden in de channel tussen de source en de drain van de transistor gemanoeuvreerd.

De op deze manier gevormde transistors gedragen zich als biologische synapsen, waarbij de pentaceen-gouddeeltjes de elektrische lading in de transistor kunnen beïnvloeden en zo de stroom kunnen reguleren die door de transistor kan lopen. De aanwezigheid van een positieve of negatieve lading in de pentaceen-gouddeeltjes geeft de nomfet's bovendien een geheugeneffect. Een uitgebreide uitleg van het onderzoek, dat in het januari-nummer van de uitgave Advanced Functional Materials werd gepubliceerd, is terug te lezen via Scribd.

De nomfet's kunnen met een enkel component de plasticiteit van biologische synapsen simuleren, terwijl daar zeven traditionele silicium-transistors voor nodig zouden zijn. Deze reductie van het aantal benodigde componenten zou het eenvoudiger moeten maken een neuraal net te bouwen. De organische transistors lenen zich bovendien goed voor gebruik op flexibele ondergronden, wat het makkelijker zou maken de elektronica aan levende cellen te verbinden, bijvoorbeeld in implantaten.