Разработан крошечный квантовый резонансный туннельный диод , имитирующий нейроны мозга

Устройство, созданное по принципу обработки информации биологическими нейронами, способно улавливать свет и преобразовывать его в электрические сигналы в рамках одного наноразмерного компонента, работая быстро, эффективно и с минимальным потреблением энергии.

Система представляет собой полупроводниковую структуру III–V группы, созданную путём соединения элементов из 3-й (B, Al, Ga, In) и 5-й (N, P, As, Sb) групп периодической таблицы.

Эти материалы широко используются в фотонике и высокоскоростной электронике и специально разработаны для непосредственного реагирования на поступающий ближний инфракрасный свет, что позволяет эффективно обнаруживать и обрабатывать сигналы на наноуровне.
Когда интенсивность света превышает определённый порог, устройство переходит в состояние, называемое отрицательным дифференциальным сопротивлением.
Это вызывает колебания напряжения большой амплитуды, то есть входящий световой сигнал преобразуется в ритмичные электрические импульсы, имитирующие работу биологических нейронов.

Традиционное нейроморфное оборудование основано на сложных схемах, которые объединяют отдельные компоненты памяти и генераторы импульсов, чтобы имитировать обработку информации биологическими нейронами, что, в свою очередь, увеличивает размер, энергопотребление и сложность системы. В то же время новое устройство легко интегрирует эти возможности в один компактный компонент. В результате оно не просто улавливает свет, но и преобразует оптическую информацию в электрические колебания, расширяя свои функциональные возможности по сравнению с базовым датчиком.

Ещё одна фундаментальная причина, по которой устройство выделяется на фоне других, заключается в том, что его поведение имитирует процессы, происходящие в живых организмах. Ученые сравнили это с ритмичными всплесками нейронной активности, которые помогают стрекозам выслеживать добычу, и колебательными всплесками у млекопитающих, необходимыми для обработки сенсорной информации и координации мозга. Они считают, что, воспроизводя эти естественные паттерны импульсной активности в аппаратном обеспечении, они прокладывают путь для биоинспирированных систем искусственного зрения, которые позволяют машинам видеть, понимать и реагировать на окружающую среду с помощью миниатюрных энергоэффективных технологий.

Компактная конструкция устройства и его совместимость с существующими полупроводниковыми платформами III–V поколений делают его идеальным для интеграции в будущие оптические датчики и системы, в том числе в автономные транспортные средства, LiDAR (световое обнаружение и определение дальности) нового поколения и сверхбыструю обработку изображений для робототехники.

По мнению учёных, эта разработка приблизит мир к аппаратному обеспечению, которое не только распознаёт мир, но и интерпретирует его, подобно естественным системам.