來源：科技日報
人工奈米流體突觸可實作存內計算。圖片來源：洛桑聯邦理工學院
瑞士洛桑聯邦理工學院工程學院研究團隊制造了一種用於記憶體的新型奈米流體裝置，這使他們第一次能連線兩個「人工突觸」。該裝置為受大腦啟發的液體硬體設計鋪平了道路。這項研究發表在最新一期【自然·電子學】雜誌上。
大腦資訊處理是直接對儲存的數據執行計算，而電腦則在記憶體單元和中央處理單元之間來回傳輸數據。這種低效的分離(馮諾依曼瓶頸)導致電腦能源成本不斷上升。
自20世紀70年代以來，研究人員一直致力於研究憶阻器。這是一種電子元件，可像突觸一樣計算和儲存數據。但洛桑聯邦理工學院工程學院奈米生物學實驗室構建了一種依賴離子而不是電子的功能性奈米流體憶阻器件。這種器件更接近大腦節能的資訊處理方式。
電子憶阻器依靠電子和電洞來處理數位資訊，而新開發的憶阻器可利用一系列不同的離子來處理。該器件在芯片上制造，方法是在氮化矽膜的中心建立一個奈米孔。研究人員添加了鈀和石墨層來建立離子奈米通道。當電流流過芯片，離子透過通道並聚集在孔隙處時，芯片表面和石墨之間產生氣泡。當石墨層被氣泡迫使向上時，該器件變得更加導電，並將儲存狀態切換為「開啟」。當負電壓使各層重新接觸，記憶體則重設為「關閉」狀態。
研究人員表示，大腦中的離子通道在突觸內經歷了結構變化，根據離子流向中央毛孔的形狀，該器件被稱為高度不對稱通道。團隊成功地將兩個高度不對稱通道與一個電極連線起來，從而形成基於離子流的邏輯電路。
只要將器件浸入含有離子的電解質水溶液中，透過改變離子，譬如鉀、鈉和鈣，就會調整器件的記憶體，從而影響它從開啟到關閉的方式以及它的記憶體量。這一手法非常新奇。研究人員接下來還可以將這一器件與水道連線起來，建立全液體回路。這樣不但能構建內建冷卻機制，水的使用還將促進化石相容性器件的開發。可以想見，這些器件在腦機介面和神經醫學方面將具有非凡的套用。
