Neuromorfno računalstvo nova je računalna paradigma u kojoj se ponašanje mozga oponaša oponašanjem glavnih sinaptičkih funkcija neurona. Jedna od tih funkcija je i neuronska plastičnost: sposobnost pohranjivanja ili zaboravljanja informacija ovisno o trajanju i ponavljanju električnih impulsa koji stimuliraju neurone, ukratko plastičnost povezana s učenjem i pamćenjem.

Magnetoionski materijali

Među materijalima koji oponašaju neuronske sinapse ističu se memrezistivni materijali, feroelektrici, memorijski materijali za promjenu faze i topološki izolatori. U novije vrijeme istražuju se i magnetoionski materijali kod kojih su promjene u magnetskim svojstvima inducirane pomakom iona unutar materijala uzrokovanim primjenom električnog polja. 

U tim je materijalima dobro poznato kako se magnetizam modulira pri primjeni električnog polja, ali evoluciju magnetskih svojstava teško je kontrolirati. Zbog toga je, objašnjavaju istraživači Odsjeka za fiziku na Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), teško bez vanjske stimulacije oponašati neke funkcije inspirirane mozgom, poput održavanja učinkovitosti učenja koje se u mozgu odvija čak i dok se nalazi u stanju dubokog sna.

Kontrola magnetizacije

Studija koju su katalonski istraživači proveli u suradnji s ALBA Synchrotronom, Katalonskim institutom za nanoznanost i nanotehnologiju (ICN2) i ICMAB-om, predlaže novi način kontrole evolucije magnetizacije i u stimuliranom i u poststimulusnom stanju.

"Kretanje iona u novom materijalu kontrolira se električnim naponom, na način analogan našem mozgu, i pri brzinama sličnim onima koje proizvode neuroni, reda veličine milisekundi", objašnjavaju istraživači. Njihova umjetna sinapsa mogla bi, vjeruju oni, postati osnova nove računalne paradigme, alternativne onoj koju koriste sadašnja računala.

Upravljanje procesima

Primjenom naponskih impulsa može se na kontrolirani način upravljati procesima kao što su memorija, obrada informacija, pronalaženje informacija i, prvi put, kontrolirano ažuriranje informacija bez primijenjenog napona. To je postignuto modificiranjem debljine slojeva kobalt mononitrida i frekvencije impulsa. 

Raspored materijala omogućuje kontrolu magnetoionskih svojstava ne samo kada se napon primijeni nego i kad se ukloni. Nakon što vanjski naponski podražaj nestane, magnetizacija sustava može se smanjiti ili povećati, ovisno o debljini materijala i protokolu kako je napon prethodno primijenjen.

Neuromorfne računalne funkcije

To pak otvara cijeli niz mogućnosti za nove neuromorfne računalne funkcije. Između ostalog, nudi novu logičku funkciju koja omogućuje oponašanja neuronskog učenja nakon stimulacije mozga, u dubokom snu. Ova se funkcionalnost ne može oponašati bilo kojom drugom vrstom postojećih neuromorfnih materijala.

Uređaj se može programirati da naučiti ili zaboraviti, bez potrebe za dodatnim unosom energije, oponašajući sinaptičke funkcije koje se odvijaju u mozgu tijekom dubokog sna, kada se obrada informacija može nastaviti bez primjene bilo kakvog vanjskog signala, objašnjavaju istraživači.