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Elektronischer Chip imitiert das Gehirn, um im Handumdrehen Erinnerungen zu erzeugen

Ingenieure haben das menschliche Gehirn mit einem elektronischen Chip nachgeahmt, der Licht verwendet, um Erinnerungen zu erzeugen und zu verändern

RMIT University

Der neue Chip basiert auf einem ultradünnen Material, das den elektrischen Widerstand als Reaktion auf unterschiedliche Lichtwellenlängen verändert.

18.07.2019: Forscher der RMIT University ließen sich von einem neuen Werkzeug der Biotechnologie - der Optogenetik - inspirieren, um ein Gerät zu entwickeln, das die Art und Weise reproduziert, wie das Gehirn Informationen speichert und verliert.

Die Optogenetik ermöglicht es Wissenschaftlern, mit unglaublicher Präzision in das elektrische System des Körpers einzutauchen und Neuronen mit Licht so zu manipulieren, dass sie ein- oder ausgeschaltet werden können.

Der neue Chip basiert auf einem ultradünnen Material, das den elektrischen Widerstand als Reaktion auf verschiedene Lichtwellenlängen verändert und es so ermöglicht, die Funktionsweise von Neuronen nachzuahmen, um Informationen im Gehirn zu speichern und zu löschen.

Forschungsteamleiter Dr. Sumeet Walia sagte, dass die Technologie uns der künstlichen Intelligenz (KI) näher bringt, die die volle, ausgeklügelte Funktionalität des Gehirns nutzen kann.

"Unser optisch inspirierter Chip imitiert die grundlegende Biologie des besten Computers der Natur - des menschlichen Gehirns", sagte Walia.

"Die Fähigkeit, Informationen zu speichern, zu löschen und zu verarbeiten, ist für die Datenverarbeitung entscheidend, und das Gehirn tut dies äußerst effizient.

"Wir sind in der Lage, den neuronalen Ansatz des Gehirns zu simulieren, indem wir einfach verschiedene Farben auf unseren Chip aufleuchten lassen.

"Diese Technologie bringt uns auf dem Weg zu einem schnellen, effizienten und sicheren lichtbasierten Computing weiter.

"Es bringt uns auch einen wichtigen Schritt näher an die Realisierung eines bionischen Gehirns - eines Brain-on-a-Chip, das wie der Mensch aus seiner Umwelt lernen kann."

Dr. Taimur Ahmed, Hauptautor der in Advanced Functional Materials veröffentlichten Studie, sagte, dass die Fähigkeit, neuronales Verhalten auf einem künstlichen Chip zu replizieren, spannende Möglichkeiten für die branchenübergreifende Forschung bietet.

"Diese Technologie schafft enorme Möglichkeiten für Forscher, das Gehirn besser zu verstehen und zu verstehen, wie es von Störungen betroffen ist, die neuronale Verbindungen stören, wie Alzheimer und Demenz", sagte Ahmed.

Die Forscher der Forschungsgruppe Funktionsmaterialien und Mikrosysteme am RMIT haben auch gezeigt, dass der Chip logische Operationen - Informationsverarbeitung - durchführen kann, indem sie ein weiteres Kästchen für hirnähnliche Funktionalität aktivieren.

Die in der MicroNano Research Facility des RMIT entwickelte Technologie ist kompatibel mit bestehender Elektronik und wurde auch auf einer flexiblen Plattform zur Integration in tragbare Elektronik demonstriert.

Wie der Chip funktioniert:

Neuronale Verbindungen entstehen im Gehirn durch elektrische Impulse. Wenn winzige Energiespitzen eine bestimmte Spannungsschwelle erreichen, verbinden sich die Neuronen - und Sie haben begonnen, ein Gedächtnis zu schaffen.

Auf dem Chip wird mit Hilfe von Licht ein Photostrom erzeugt. Das Umschalten zwischen den Farben bewirkt, dass der Strom die Richtung von positiv zu negativ ändert.

Dieser Richtungsschalter, oder Polaritätswechsel, ist gleichbedeutend mit der Bindung und Auflösung neuronaler Verbindungen, einem Mechanismus, der es Neuronen ermöglicht, sich zu verbinden (und das Lernen zu induzieren) oder zu hemmen (und das Vergessen zu induzieren).

Dies ist vergleichbar mit der Optogenetik, wo die lichtinduzierte Modifikation von Neuronen dazu führt, dass sie sich entweder ein- oder ausschalten, Verbindungen zum nächsten Neuron in der Kette aktivieren oder verhindern.

Um die Technologie zu entwickeln, verwendeten die Forscher ein Material namens Black Phosphor (BP), das von Natur aus defekt sein kann.

Dies ist in der Regel ein Problem für die Optoelektronik, aber mit Hilfe der Feinmechanik konnten die Forscher die Fehler nutzen, um neue Funktionen zu schaffen.

"Defekte werden normalerweise als etwas angesehen, das es zu vermeiden gilt, aber hier nutzen wir sie, um etwas Neues und Nützliches zu schaffen", sagte Ahmed.

"Es ist ein kreativer Ansatz, um Lösungen für die technischen Herausforderungen zu finden."

Originalveröffentlichung:
Taimur Ahmed et al.; "Multifunctional Optoelectronics via Harnessing Defects in Layered Black Phosphorus"; Advanced Functional Materials; 2019

Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.

Fakten, Hintergründe, Dossiers

  • Optogenetik
  • Gehirn
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  • Neuronen
  • schwarzer Phosphor

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