導讀

據日本東北大學官網近期報道，該校與英國劍橋大學的研究人員通過將聚合物 PSS-Na 與 PEDOT:PSS 混合到一起，來改善神經形態器件的響應速度。

背景

如今，數字計算機特別是超級計算機，已經具備十分強大的計算能力。但是在處理模式識別、風險管理等復雜問題時，即便是如今最強大的超級計算機，也不能像人腦那樣低能耗、高效率地執行運算并解決問題。

20世紀80年代，美國加州理工學院的卡弗·米德（Carver Mead）提出了“神經形態（neuromorphic）”這一觀點。神經形態工程，也稱為神經形態計算，是利用具有模擬電路的超大規模集成電路（VLSI）來模仿人腦神經系統，最終目標是要制造一個仿真人腦的芯片或是電路。這門學科需要跨領域的合作，涉及生物學、物理學、數學及信息科學等眾多學科。

神經形態計算是一種新的計算架構，將存儲元件與計算元件整合到同一顆芯片中，突破了傳統“馮·諾依曼體系結構”所帶來的“內存墻”問題，即內存性能嚴重限制CPU性能發揮的現象。

盡管近年來研究人員對于聚合物基神經形態器件的興趣不斷增長，但是他們尚未找到一種有效的方法來控制器件的響應速度。

創新

然而，日本東北大學與英國劍橋大學的研究人員通過將聚合物 PSS-Na 與 PEDOT:PSS 混合到一起克服了這個障礙，發現添加離子導電聚合物可以改善神經形態器件的響應時間。

技術聚合物是由許多相同的小分子組成的長鏈通過共價鍵連接而成的一大類化合物，例如橡膠以及纖維素等。聚合物在我們的現代生活中起著十分重要的作用，從輪胎里的橡膠，到飲水用的瓶子，再到聚苯乙烯，到處都有聚合物的身影。將聚合物混合到一起，會導致生成一種具有獨特物理特性的新材料。關于聚合物基神經形態器件的大多數研究都主要關注 PEDOT： PSS 的應用，PEDOT： PSS 是一種既能輸運電子又能輸運離子的混合導體。而從另一方面說，PSS-Na 只能輸運離子。通過將這兩種聚合物混合到一起，研究人員可以改善器件活性層中的離子擴散率。他們的測量結果證實了器件響應時間的改善，最大程度可以縮短5倍。這個結果也證明，響應時間與活性層中離子擴散率之間關系有多么密切。價值日本東北大學生物分子工程研究生院生物分子工程系的論文合著者 Shunsuke Yamamoto 表示：“我們的研究為更深層次理解導電聚合物科學鋪平了道路。”他補充道：“展望未來，我們有可能創造出由多種神經形態器件組成的人工神經網絡。”