Resumen:
Un equipo de investigación de la Universidad de Würzburg en Alemania ha desarrollado un dispositivo electrónico con interfaz de óxido que puede cambiar entre tres modos: transistor, memristor y memcapacitor según el método de conexión del circuito. La investigación, publicada en Nature Communications, demuestra la posibilidad de integrar informática, memoria y procesamiento de señales en la misma plataforma material, proporcionando nuevas soluciones experimentales para hardware informático inspirado en el cerebro.
El dispositivo está compuesto de óxido de aluminio de lantano (LaAlO₃) y titanato de estroncio (SrTiO₃). Ambos materiales son aislantes individualmente, pero la interfaz de contacto puede formar una capa extremadamente delgada de gas de electrones casi bidimensional, lo que permite que los electrones se muevan a lo largo de la interfaz. Los investigadores controlaron este canal conductor a través de puertas laterales para crear una estructura de nanocables; el canal conductor del dispositivo experimental tenía unos 100 nanómetros de ancho y la distancia entre el canal y la puerta era de unos 400 nanómetros.
Bajo diferentes condiciones de cableado y voltaje, el mismo dispositivo puede comportarse como un transistor, memristor o memcapacitor. Los transistores regulan la corriente eléctrica; los memristores retienen el historial de señales eléctricas a través de cambios en la resistencia; y los memcondensadores permiten que los estados de capacitancia cambien en respuesta a entradas anteriores. Este efecto de "memoria" permite que el circuito responda de manera diferente a la secuencia de pulsos consecutivos, y el equipo de investigación construyó un circuito de cálculo del grupo de reserva en consecuencia.
Los investigadores utilizaron una imagen en blanco y negro de 5 × 4 píxeles para demostrar el reconocimiento de números del 0 al 9, convirtieron cada línea de la imagen en entrada de pulso y luego usaron la salida del dispositivo para formar diferentes características de estado, y la capa de clasificación posterior juzgó el número. La prueba utilizó un grupo de dispositivos de reserva y entrenó la capa de salida; Esta es una demostración de hardware de una tarea específica y no significa que un solo componente tenga capacidades generales de inteligencia artificial. El artículo también demuestra un circuito compuesto por transistores y memristores que pueden realizar lógicas AND y OR y almacenar los resultados de la operación dentro del circuito.
Bajo condiciones de prueba específicas del circuito de reconocimiento digital, el equipo de investigación midió que cada pulso de entrada consume aproximadamente 2,71 nanojulios; utilizando un circuito de reserva de control compuesto por transistores y memristores, consume aproximadamente 16,57 nanojulios en condiciones de trabajo similares. Este resultado refleja la configuración del circuito probado en el artículo y no puede equipararse directamente con el consumo de energía de un sistema de IA completo o un producto real.
Los investigadores creen que estos dispositivos reconfigurables pueden ayudar a reducir la necesidad de transmitir datos entre el procesador y la memoria en la informática tradicional en el futuro. También se pueden utilizar en dispositivos portátiles para procesar localmente señales fisiológicas como la frecuencia cardíaca, la presión arterial, la temperatura corporal o el azúcar en sangre. Sin embargo, los resultados actuales siguen siendo materiales de laboratorio y prototipos de circuitos; Aún es necesario verificar más la fabricación a gran escala, la estabilidad, la integración con los procesos de chips existentes, así como el consumo de energía y el rendimiento en aplicaciones reales.
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