Neuromorphe Computer Dresdner Forscher entwickeln Neurotransistoren

Forschern der TU Dresden ist es gelungen, Neurotransistoren zu entwickeln. Die leistungsfähigen Computerchips, die das menschliche Gehirn nachahmen, ermöglichen unter anderem leistungsfähigere Anwendungen im Bereich Künstliche Intelligenz (KI).

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Wissenschaftler der TU Dresden und des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) haben einen Neurotransistor entwickelt, indem sie die Funktionsweise von Neuronen des Gehirns mit Halbleitermaterialien nachahmen. Solcherlei leistungsfähige Computerchips werden benötigt, um Aufgaben aus dem Bereich Künstliche Intelligenz (KI) weiterzuentwickeln und zu verbessern.

Bisher setzt man hauptsächlich auf die stete Verkleinerung der Mikroelektronik, um ihre Leistung zu erhöhen. Doch diese Vorgehensweise ist endlich. Die Forschergruppe um die Wissenschaftler Larysa Baraban und Gianaurelio Cuniberti orientiert sich deshalb am Gehirn und verbindet Datenverarbeitung mit Datenspeicherung in einem künstlichen Neuron. Ihre Forschungsergebnisse haben sie im Fachmagazin Nature Electronics veröffentlicht.

Wie der Neurotransistor entsteht

Um den Neurotransistor zu entwickeln, haben die Forscher die zähflüssige Substanz – Solgel genannt – auf einen herkömmlichen Siliziumwafer mit den Schaltungen aufgebracht. Dieses Polymer härtet aus und wird zu einer porösen Keramik. Zwischen den Löchern bewegen sich Ionen. Sie sind schwerer als Elektronen und springen nach einer Anregung langsamer auf ihre Position zurück.

Diese Verzögerung, Hysterese genannt, ist für den Speichereffekt verantwortlich. Das hat entscheidenden Einfluss auf die Funktionsweise, erläutert der Materialwissenschaftler Cuniberti: „Je stärker der einzelne Transistor angeregt wird, umso eher öffnet er und lässt den Strom fließen. Damit verstärkt sich die entsprechende Verbindung. Das System lernt.“

Neurotransistoren nichts für den Einsatz im Heimcomputer

Die Neurotransistoren sind nicht zum Einsatz in herkömmlichen Computern vorgesehen. Computer auf Basis der neuen Chips wären weniger präzise und würden mathematische Berechnungen eher schätzen als bis in die letzte Nachkommastelle zu berechnen.

Worin die Vorteile von Computern mit Neurotransistoren liegen, erklärt der Wissenschaftler Cuniberti: „Sie wären intelligenter. Ein Roboter mit solchen Prozessoren würde damit beispielsweise laufen oder greifen lernen, ein optisches System besitzen und lernen, Zusammenhänge zu erkennen. Und das alles, ohne Software entwickeln zu müssen.“

Und da solche so genannten neuromorphen Computer in ihrer Plastizität dem menschlichen Gehirn ähneln, könnten sie sich, ähnlich wie unser Gehirn, im laufenden Betrieb an veränderte Aufgabenstellungen anpassen und auch solche Probleme lösen, für die sie ursprünglich nicht programmiert wurden.

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