Wissenschaftler erzeugen künstliche Synapsen aus Graphen

Austin – Für die meisten herkömmlichen Halbleiter in Computern ist Silizium nach wie vor der Goldstandard. Eine Arbeitsgruppe der University of Texas in Austin hat aber jetzt mit dem Material „Graphen“ synaptische Transistoren für gehirnähnliche Computer („brain like computers“) entwickelt.

„Computer, die wie Gehirne denken, können viel mehr als die heutigen Geräte“, sagte Jean Anne Incorvia, Assis­tenzprofessorin in der Abteilung für Elektro- und Computertechnik der Cockrell School of Engineering und Hauptautorin der in Nature Communications veröffentlichten Arbeit (2022; DOI: 10.1038/s41467-022-32078-6).

Die Synapsen bestehen aus Graphen und Nafion, einem Polymer. Zusammen zeigen diese Materialien nach Angaben der Forscher wichtige synaptische Verhaltensweisen – vor allem die Fähigkeit, die Bahnen mit der Zeit zu verstärken, wenn sie häufiger benutzt werden, also eine Art neuronales Gedächtnis.

Für die Informatik bedeutet dies, dass Geräte in der Lage sein werden, Aufgaben wie das Erkennen und Inter­pre­tieren von Bildern mit der Zeit besser und schneller zu bewältigen, hieß es von den Wissenschaftlern.

Diese Transistoren sind der Arbeit zufolge außerdem biokompatibel, das heißt, sie können mit lebenden Zellen und Gewebe interagieren. „Dies ist der Schlüssel für mögliche Anwendungen in medizinischen Geräten, die mit dem menschlichen Körper in Berührung kommen“, hieß es aus der Arbeitsgruppe.

Führende Chiphersteller haben nach Aussagen der Forscher entweder bereits neuromorphe Chips hergestellt oder sind dabei, sie zu entwickeln. Die derzeitigen Chipmaterialien schränkten jedoch die Möglichkeiten neu­romorpher Geräte ein, so dass verschiedene Arbeitsgruppen daran forschten, günstige Materialien für weiche, gehirnähnliche Computer zu finden.

„Bei den Materialien gibt es noch viel Spielraum. Man kann sich auch nicht auf eine einzige Lösung festlegen, da verschiedene Materialien für verschiedene Anwendungen sinnvoller sind“, sagte Incorvia.

hil