Nanoelektrooniline programmeeritav sünaps

Nanoelektrooniline programmeeritav sünaps (ingl nanoparticle organic memory field-effect transistor, NOMFET) on orgaaniline transistor, mis imiteerib aju sünapse. Transistor kasutab 5–20 nm suurusi kulla (Au) nanoosakesi, mis on ühendis polütsükliliste aromaatsete süsivesinikega. Vastavalt Moore'i seadusele kahekordistub iga kahe aasta tagant transistoride arv protsessoris. Kuna anorgaanilised transistorid on muutunud nanoskaalal väga väikesteks ja füüsilise suuruse poolest tuleb piir ette, siis on vaja uut tehnoloogiat. Peale selle muutuvad binaarsüsteemil ja Von Neumanni arhitektuuril põhinevad arvutid seda ebaefektiivsemaks, mida keerukamaid arvutusi tuleb sooritada. Arvutusaeg pikeneb sisestatud parameetritega eksponentsiaalselt. Suuremat arvutusvõimsust on vaja suhtlusvõrgustike alusel sugupuude kokkupanemiseks, DNA analüüsimiseks, satelliitide info analüüsimiseks ja teisteks mahukateks arvutusteks. Kassi aju viie sekundi vältel simuleerimiseks kasutab IBMi superarvuti Blue Gene 10 W asemel 2 MW ja 500 sekundit. Bioloogilise aju eelised on ülisuur tihedus, väike energiakulu, stabiilsus, elastsus, mitmeotstarbelisus ja tõrketaluvus. Inimese aju koosneb ~1015 sünapsist. Esimene NOMFET loodi 2009. aastal prantsuse nanotehnoloogide poolt Lille'i ülikoolis. Dominique Vuillaume koos oma kolleegidega uuris elektrilaengute liikumist orgaanilises metalli nanoosakestega pooljuhis ja avastas, et need käituvad samamoodi nagu keemilised neurotransmitterid, mis vahendavad aju sünapse. Seda loetakse esimeseks korraks, kui bioloogilist sünapsi elektrooniliselt imiteeriti. Meeskonnas oli teadlasi nii CNRS-ist (Centre national de la recherche scientifique) kui ka CEA-st (Commissariat à l'énergie atomique). Positiivsed laengud ehk nn augud, mille jätavad puuduvad elektronid polütsüklilises aromaatses süsivesinikuühendis, juhivad voolu kullaga kaetud kanalis. See tähendab, et juhtivus tekib seadmes aukude kaudu. Sisendpinge mõjul tekib kulla nanoosakeste vahele teatud arv auke. Voolutugevust saab reguleerida aukude hulga ja seega sisendpinge kaudu. Tänu reguleeritavusele pakub NOMFET rohkem kasutusvõimalusi kui tavaline transistor. Lisaks sellele on NOMFET-il lühiajaline sünaptiline plastilisus, mistõttu saab laengut nanoosakestes säilitada ja kanalit mõne sekundi kuni mõne tuhande sekundi vältel avatuna hoida. NOMFET-e saab kasutada andmevoogude analüüsiks; küberneetikas; tehisintellektis ja sõjarobotites; inimesele lähedaste võimetega, kuid energiasäästlikes ja kompaktsetes arvutites. Alibart, Fabien; Pleutin, Stéphane; Guérin, David; Novembre, Christophe; Lenfant, Stéphane; Lmimouni, Kamal; Gamrat, Christian; Vuillaume, Dominique. "An Organic Nanoparticle Transistor Behaving as a Biological Spiking Synapse". Advanced Functional Materials. 20 (2): 330–337. Hsu, Jeremy (18.11.2009). "IBM's Blue Gene Supercomputer Models a Cat's Entire Brain". Popular Science. Vaadatud 17.01.2022. Berger, Michael (21.06.2011). "Brain-inspired computing with nanoelectronic programmable synapses". nanowerk. Vaadatud 17.01.2022. Beciri, Damir (12.02.2010). "NOMFET – an organic transistor that mimics a brain synapse". robaid.com. Vaadatud 17.01.2022.