Nanowire-netwerken (Nano Net) kunnen zowel korte-als langetermijngeheugen vertonen, net als het menselijk brein. Deze nieuwe bevinding is afkomstig van een team van experts onder leiding van Dr. Alon Loeffler van de Univ. van Sidney. Dr. Alon Loeffler, die promoveerde aan de School of Physics, leidde het onderzoek. De studie is momenteel online in het tijdschrift Science Advances. Een groep Japanse experts maakte echter ook deel uit van het team. Voor de eenvoud zullen we in de meeste delen van het artikel”Nano Net”gebruiken om Nanowire Network te vertegenwoordigen.
Over het werk zei dr. Loeffler
“In dit onderzoek ontdekten we dat cognitieve functies van hogere orde, die we normaal gesproken associëren met het menselijk brein, kunnen worden nagebootst in niet-biologische hardware. Dit werk bouwt voort op ons eerdere onderzoek waarin we hebben laten zien hoe nanotechnologie kan worden gebruikt om een door de hersenen geïnspireerd elektrisch apparaat te bouwen met een neuraal netwerk, zoals circuits en synapsachtige signalering. Ons huidige werk maakt de weg vrij voor het repliceren van hersenachtige leerprocessen en geheugen in niet-biologische hardwaresystemen en suggereert dat de onderliggende aard van hersenachtige intelligentie fysiek kan zijn.”
Nano-netten zijn een subset van nanotechnologie die vaak ontstaan uit dunne uit elkaar geplaatst, zeer geleidend, onzichtbaar voor het blote oog, micro zilveren draden die in een plastic materiaal zijn gewikkeld. Aspecten van de genetwerkte fysieke structuur van het menselijk brein worden gemodelleerd door de draden. Talrijke praktische toepassingen, zoals het upgraden van robots of detectiesystemen die snelle beslissingen moeten nemen in willekeurige instellingen, zouden kunnen worden ingeluid door vooruitgang in Nano Nets.
Een senior auteur, prof. Zdenka Kuncic, van de School of Natuurkunde, zei
“Dit nanodraadnetwerk is als een synthetisch neuraal netwerk omdat de nanodraden zich gedragen als neuronen, en de plaatsen waar ze met elkaar verbonden zijn analoog zijn aan synapsen… In plaats van een soort machine te implementeren leertaak, in deze studie is Dr. Loeffler eigenlijk nog een stap verder gegaan en heeft hij geprobeerd aan te tonen dat nanodraadnetwerken een soort cognitieve functie vertonen.”
Nanodraadnetwerk komt overeen met de gemiddelde menselijke capaciteit
De N-Back-taak, een algemene geheugentest die wordt gebruikt in studies over menselijke psychologie, werd door het team gebruikt om de capaciteit van het Nano Net te onderzoeken. Voor een persoon kan de N-Back-taak het terugroepen van een exact beeld van een kat uit een reeks kattenbeelden inhouden. Een persoon kent misschien dezelfde foto die zeven stappen terugkwam als hij een N-Back-score van 7 heeft. Dit is het gemiddelde voor mensen. Het onderzoeksteam ontdekte dat wanneer het op het Nano Net werd toegepast, het een gewenst eindpunt in een elektrisch circuit zeven stappen terug kon’onthouden’. Dit betekent dat het een score van 7 heeft op een N-Back-test, net als een gemiddeld mens.
Dr. Loeffler vervolgt
“Wat we hier hebben gedaan, is het manipuleren van de spanningen van de eindelektroden om de paden te dwingen te veranderen, in plaats van het netwerk zijn gang te laten gaan. We dwongen de paden om te gaan waar we wilden dat ze gingen…Toen we dat implementeerden, was het geheugen veel nauwkeuriger en nam het niet echt af in de loop van de tijd, wat suggereert dat we een manier hebben gevonden om de paden te versterken om ze naar waar te duwen we willen ze, en dan onthoudt het netwerk het. Neurowetenschappers denken dat dit de manier is waarop de hersenen werken, bepaalde synaptische verbindingen worden sterker terwijl andere verzwakken, en men denkt dat dit de manier is waarop we sommige dingen bij voorkeur onthouden, hoe we leren enzovoort.”
Gizchina Nieuws van de week
Volgens het team kan het Nano Net informatie in het geheugen opslaan. Dit is mogelijk tot het punt waarop het niet langer hoeft te worden vernieuwd omdat het is verenigd.
Prof. Kuncic voegt toe
“Het is een beetje zoals het verschil tussen langetermijngeheugen en kortetermijngeheugen in onze hersenen… Als we iets willen onthouden gedurende een lange periode moeten we onze hersenen echt blijven trainen om dat te consolideren, anders vervaagt het na verloop van tijd gewoon. Eén taak toonde aan dat het nanodraadnetwerk tot zeven items in het geheugen kan opslaan op aanzienlijk hoger dan de kansniveaus zonder versterkingstraining en bijna perfecte nauwkeurigheid met versterkingstraining.”
Nanodraadtechnologie-een nieuwe trend
Een van de toepassingen van nanotechnologie is het creëren van gekoppelde Nano Nets. Nanodraden zijn zeer dunne draden met afmetingen van enkele nm tot enkele micrometers. Nanodraden hebben veel unieke eigenschappen. Sommige van deze eigenschappen zijn een hoge oppervlakte-volumeverhouding, ongebruikelijke elektrische geleidbaarheid en biocompatibiliteit. Om deze redenen hebben ze de afgelopen jaren veel aandacht getrokken.
Een van de belangrijkste toepassingen van deze nieuwe technologie is op het gebied van elektronica. Dit netwerk kan worden gebruikt om een echt compact apparaat te creëren met een hoge output en een laag stroomverbruik. De hoge verhouding tussen oppervlak en volume van nanodraden is een ander belangrijk kenmerk. Hierdoor kan een groot aantal actieve elementen in een klein gebied worden verpakt. Dit maakt ze ideaal voor het maken van geïntegreerde schakelingen met onderdelen met een hoge dichtheid. Deze technologie maakt het ook mogelijk om hightech apparaten te maken met een beter geleidingsvermogen.
De nanodraadtechnologie is ook erg handig op het gebied van energieopslag. Door het grote oppervlak van nanodraden kunnen ze meer energie per volume-eenheid opslaan. Bovendien maakt hun hoge elektrische geleidbaarheid snellere laad-en ontlaadtijden mogelijk. Dit maakt het ideaal voor draagbare apparaten en in elk apparaat dat snel moet worden opgeladen of een hoge energiedichtheid nodig heeft.
Zelfs op het gebied van biotech zijn ook nanodraden nodig. Ze zijn nuttig voor medische diagnose en onderzoek. Dit komt door het feit dat ze kunnen worden gebruikt om biomoleculen te detecteren en te monitoren. Ook kan deze technologie ook worden gebruikt op het gebied van fotonica. Door het grote oppervlak van nanodraden kunnen ze op unieke manieren met licht interageren. Dit maakt ze ideaal voor het maken van optische apparaten zoals fotodetectoren, zonnecellen en lichtgevende diodes (LED’s).
Laatste woorden
Nano Nets zijn een toekomstige technologie met een breed bereik van potentiële gebruikers. Er is ook een breed scala aan scenario’s waarin het goed kan worden gebruikt. Experts blijven de mogelijke toepassingen van Nano Nets onderzoeken. Het is waarschijnlijk dat ze op een groot aantal terreinen belangrijker zullen worden. Over een paar jaar verwachten we dat deze technologie zich naar meer gebieden zal uitbreiden. Op dit moment breiden meer merken en branche-experts hun focus op deze technologie uit.
Bron/VIA:
