记忆，或者以易于访问的方式存储信息的能力，是计算机和人脑的基本操作。一个关键的区别是，大脑信息处理涉及直接对存储的数据执行计算，而计算机则在内存单元和中央处理单元(CPU)之间来回传输数据。这种低效的分离(冯诺依曼瓶颈)导致计算机能源成本不断上升。
自20世纪70年代以来，研究人员一直致力于研究忆阻器(记忆电阻)的概念，忆阻器是一种可以像突触一样计算和存储数据的电子元件。
但洛桑联邦理工学院工程学院纳米生物学实验室(LBEN)的AleksandraRadenovic将目光投向了更雄心勃勃的目标：一种依赖离子而不是电子及其带相反电荷的对应物(空穴)的功能性纳米流体忆阻装置。这种方法将更接近地模仿大脑自己的、更节能的信息处理方式。
“忆阻器已被用于构建电子神经网络，但我们的目标是构建一个利用离子浓度变化的纳米流体神经网络，类似于生物体，”拉德诺维奇说。
LBEN博士后研究员ThéoEmmerich表示：“我们制造了一种用于内存应用的新型纳米流体设备，它比以前的尝试具有更大的可扩展性和更高的性能。”“这使我们第一次能够连接两个这样的‘人工突触’，为受大脑启发的液体硬件的设计铺平了道路。”
就加水
忆阻器可以通过操纵施加的电压在两种电导状态(开和关)之间切换。电子忆阻器依靠电子和空穴来处理数字信息，而LBEN的忆阻器可以利用一系列不同的离子。在他们的研究中，研究人员将他们的设备浸入含有钾离子的电解质水溶液中，但也可以使用其他离子，包括钠和钙。
“我们可以通过改变我们使用的离子来调整设备的内存，这会影响它从打开到关闭的方式，或者它存储的内存量，”艾默里奇解释道。
该设备是在洛桑联邦理工学院微纳米技术中心的芯片上制造的，方法是在氮化硅膜的中心创建一个纳米孔。研究人员添加了钯和石墨层来创建离子纳米通道。当电流流过芯片时，离子渗透通过通道并聚集在孔隙处，它们的压力在芯片表面和石墨之间产生气泡。
当气泡向上推动石墨层时，设备的导电性变得更强，将其存储状态切换为“开启”。由于石墨层保持升起状态，即使没有电流，该设备也会“记住”其之前的状态。负电压使各层重新接触，将存储器重置为“关闭”状态。
“大脑中的离子通道在突触内经历结构变化，因此这也模仿了生物学，”LBEN博士说。学生YunfeiTeng致力于制造这种装置，根据流向中央孔隙的离子流的形状，该装置被称为高度不对称通道(HAC)。
伦本博士学生NathanRonceray补充道，该团队对HAC记忆活动的实时观察也是该领域的一项新颖成就。“因为我们正在处理一种全新的记忆现象，所以我们建造了一台显微镜来观察它的运作。”
通过与AndrasKis领导的纳米电子与结构实验室的RiccardoChiesa和EdoardoLopriore合作，研究人员成功地将两个HAC与一个电极连接起来，形成基于离子流的逻辑电路。这一成就代表了基于类突触离子器件的数字逻辑运算的首次演示。
但研究人员并没有就此止步：他们的下一个目标是将HAC网络与水道连接起来，以创建全液体回路。除了提供内置冷却机制之外，水的使用还将促进生物相容性设备的开发，这些设备在脑机接口或神经医学方面具有潜在的应用。
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