Nanodraht-Netzwerke (Nano Net) können wie das menschliche Gehirn sowohl ein Kurzzeit-als auch ein Langzeitgedächtnis aufweisen. Diese neue Erkenntnis stammt von einem Expertenteam unter der Leitung von Dr. Alon Loeffler von der Univ. von Sydney. Dr. Alon Loeffler, der an der School of Physics promoviert hat, führte die Studie durch. Die Studie ist derzeit online in der Zeitschrift Science Advances. Allerdings gehörte auch eine Gruppe japanischer Experten zum Team. Der Einfachheit halber verwenden wir in den meisten Teilen des Artikels”Nano Net”, um das Nanowire Network darzustellen
Über die Arbeit sagte Dr. Loeffler
“In dieser Forschung fanden wir heraus, dass kognitive Funktionen höherer Ordnung, die wir normalerweise mit dem menschlichen Gehirn in Verbindung bringen, in nicht – biologischer Hardware emuliert werden können. Diese Arbeit baut auf unserer früheren Forschung auf, in der wir gezeigt haben, wie Nanotechnologie verwendet werden könnte, um ein vom Gehirn inspiriertes elektrisches Gerät mit neuronalem Netzwerk – wie Schaltungen und Synapsen – wie Signalübertragung zu bauen. Unsere aktuelle Arbeit ebnet den Weg zur Replikation von Gehirn – wie Lernen und Gedächtnis in nicht-biologischen Hardwaresystemen und legt nahe, dass die zugrunde liegende Natur des Gehirns – wie Intelligenz – physisch sein könnte.“
Nanonetze sind eine Teilmenge der Nanotechnologie, die oft aus dem Nichts entsteht beabstandete, hochleitfähige, mit bloßem Auge unsichtbare Mikrosilberdrähte, die in ein Kunststoffmaterial eingewickelt sind. Aspekte der vernetzten physikalischen Struktur des menschlichen Gehirns werden durch die Drähte modelliert. Zahlreiche praktische Anwendungen, wie z. B. die Aufrüstung von Robotern oder Sensorsystemen, die in zufälligen Umgebungen schnelle Entscheidungen treffen müssen, könnten durch Fortschritte bei Nanonetzen eingeleitet werden.
Eine leitende Autorin, Prof. Zdenka Kuncic, von der School of Die Physik sagte:
„Dieses Nano-Draht-Netzwerk ist wie ein synthetisches neuronales Netzwerk, weil die Nano-Drähte wie Neuronen agieren und die Stellen, an denen sie miteinander verbunden sind, Synapsen entsprechen … Anstatt eine Art Maschine zu implementieren Lernaufgabe, in dieser Studie ist Dr. Loeffler sogar noch einen Schritt weiter gegangen und hat versucht zu zeigen, dass Nanodraht-Netzwerke eine Art kognitive Funktion aufweisen.“
Nanodraht-Netzwerk entspricht der durchschnittlichen menschlichen Kapazität
Die N-Back-Aufgabe, ein gängiger Gedächtnistest, der in Studien zur menschlichen Psychologie verwendet wird, wurde vom Team verwendet, um die Kapazität des Nanonetzes zu untersuchen. Für eine Person könnte die N-Back-Aufgabe das Abrufen eines genauen Bildes einer Katze aus einer Sequenz von Katzenbildern beinhalten. Eine Person kennt möglicherweise das gleiche Bild, das sieben Schritte zurückgekommen ist, wenn sie einen N-Back-Wert von 7 hat. Dies ist der Durchschnitt für Personen. Das Forschungsteam fand heraus, dass es sich sieben Schritte zurück an einen gewünschten Endpunkt in einem elektrischen Schaltkreis „erinnern“ konnte, wenn es auf das Nano-Netz angewendet wurde. Das bedeutet, dass es bei einem N-Back-Test eine Punktzahl von 7 hat, genau wie ein durchschnittlicher Mensch.
Dr. Loeffler fährt fort
„Wir haben hier die Spannungen der Endelektroden manipuliert, um eine Änderung der Pfade zu erzwingen, anstatt das Netzwerk einfach sein eigenes Ding machen zu lassen. Wir haben die Pfade gezwungen, dorthin zu gehen, wo wir sie haben wollten … Als wir das implementierten, hatte sein Gedächtnis eine viel höhere Genauigkeit und nahm im Laufe der Zeit nicht wirklich ab, was darauf hindeutet, dass wir einen Weg gefunden haben, die Pfade zu stärken, um sie wohin zu schieben wir wollen sie, und dann erinnert sich das Netzwerk daran. Neurowissenschaftler glauben, dass das Gehirn so funktioniert, bestimmte synaptische Verbindungen gestärkt werden, während andere schwächer werden, und so wird angenommen, dass wir uns bestimmte Dinge vorzugsweise merken, wie wir lernen und so weiter.“
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Laut dem Team kann das Nano-Netz Informationen im Speicher speichern. Dies ist so weit möglich, dass es nicht mehr erneuert werden muss, weil es vereinheitlicht wurde.
Prof. Kuncic fügt hinzu
„Es ist so etwas wie der Unterschied zwischen Langzeitgedächtnis und Kurzzeitgedächtnis in unserem Gehirn … Wenn wir uns an etwas erinnern wollen über einen langen Zeitraum müssen wir unser Gehirn wirklich trainieren, um das zu konsolidieren, sonst verblasst es mit der Zeit einfach. Eine Aufgabe zeigte, dass das Nano-Draht-Netzwerk ohne Verstärkungstraining bis zu sieben Elemente auf wesentlich höherem als zufälligem Niveau und mit nahezu perfekter Genauigkeit mit Verstärkungstraining im Gedächtnis speichern kann.“
Nano-Draht-Technologie – ein neuer Trend
Eine Anwendung der Nanotechnologie ist die Schaffung verknüpfter Nanonetze. Nanodrähte sind sehr dünne Drähte mit Größen um einige nm und einige Mikrometer. Nanodrähte haben viele einzigartige Eigenschaften. Einige dieser Qualitäten sind ein hohes Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnis, ungewöhnliche elektrische Leitfähigkeit und Biokompatibilität. Aus diesen Gründen haben sie in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen.
Eine der Hauptanwendungen dieser neuen Technologie liegt im Bereich der Elektronik. Dieses Netzwerk kann verwendet werden, um ein wirklich kompaktes Gerät mit hoher Leistung und geringem Stromverbrauch zu schaffen. Das hohe Verhältnis von Oberfläche zu Volumen von Nanodrähten ist ein weiteres Schlüsselmerkmal. Es ermöglicht, eine große Anzahl aktiver Elemente auf einer kleinen Fläche zu packen. Dies macht sie ideal für die Erstellung integrierter Schaltkreise mit Teilen hoher Dichte. Diese Technologie ermöglicht auch die Herstellung von High-Tech-Geräten mit ihrer besseren Leitfähigkeit.
Die Nanodraht-Technologie ist auch im Bereich der Energiespeicherung sehr nützlich. Die große Oberfläche von Nanodrähten ermöglicht es ihnen, mehr Energie pro Volumeneinheit zu speichern. Außerdem ermöglicht ihre hohe elektrische Leitfähigkeit schnellere Lade-und Entladezeiten. Dies macht es ideal für tragbare Geräte und in jedem Gerät, das eine schnelle Ladung oder eine hohe Energiedichte benötigt.
Auch im Bereich der Biotechnologie werden Nanodrähte benötigt. Sie sind nützlich für die medizinische Diagnose und Forschung. Denn mit ihnen lassen sich Biomoleküle nachweisen und überwachen. Außerdem kann diese Technologie auch im Bereich der Photonik eingesetzt werden. Die große Oberfläche von Nanodrähten ermöglicht es ihnen, auf einzigartige Weise mit Licht zu interagieren. Dies macht sie ideal für die Herstellung optischer Geräte wie Fotodetektoren, Solarzellen und Leuchtdioden (LEDs).
Abschluss
Nanonetze sind eine Zukunftstechnologie mit einer breiten Palette von potenziellen Nutzern. Es gibt auch eine Vielzahl von Szenarien, in denen es sinnvoll eingesetzt werden kann. Experten untersuchen weiterhin die potenziellen Anwendungen von Nano-Netzen. Sie werden voraussichtlich in vielen Bereichen an Bedeutung gewinnen. Wir gehen davon aus, dass sich diese Technologie in einigen Jahren auf weitere Bereiche ausdehnen wird. Im Moment erweitern immer mehr Marken und Branchenexperten ihren Fokus auf diese Technologie.
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