Ein metallisches Nanodraht-Netzwerk mit gehirnähnlichen Funktionen. Kostenlose Neuigkeiten aus der Technischen Bibliothek

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Metall-Nanodraht-Netzwerk mit gehirnähnlichen Eigenschaften

30.12.2019

Einem internationalen Forschungsteam unter Leitung des National Institute of Materials Science (Japan) ist es gelungen, ein neuromorphes Netzwerk aus zahlreichen metallischen Nanodrähten zu schaffen. Mithilfe dieses Netzwerks war das Team in der Lage, elektrische Eigenschaften zu erzeugen, die denen ähnlich sind, die mit den für den Menschen einzigartigen Gehirnfunktionen höherer Ordnung verbunden sind, wie z. B. Erinnern, Lernen, Vergessen, Wachwerden und Zurückkehren zur Ruhe. Das Team fand dann heraus, welche Mechanismen diese elektrischen Eigenschaften auslösen.

Die Entwicklung von Techniken der künstlichen Intelligenz (KI) ist in den letzten Jahren rasant vorangeschritten und hat begonnen, unser Leben auf vielfältige Weise zu beeinflussen. Obwohl KI Informationen ähnlich wie das menschliche Gehirn verarbeitet, sind die Mechanismen, nach denen das menschliche Gehirn arbeitet, noch weitgehend unbekannt. Die Hauptbestandteile des Gehirns, wie Neuronen und die Verbindungen zwischen ihnen (Synapsen), wurden im Detail untersucht. Viele Fragen zum Gehirn als Ganzes, das aus vielen Komponenten besteht, warten jedoch noch auf Antworten. So verstehen wir zum Beispiel immer noch nicht vollständig, wie das Gehirn Funktionen wie Erinnern, Lernen und Vergessen ausführt und wie es wach wird und zur Ruhe zurückkehrt. Darüber hinaus sind lebende Gehirne in experimentellen Studien schwer zu manipulieren. Aus diesen Gründen bleibt das Gehirn ein „mysteriöses Organ“. Im Rahmen der Entwicklung der Hirnwissenschaften ist ein anderer Ansatz zur Erforschung dieses Organs effektiv - bei dem Materialien und Systeme geschaffen werden, die in der Lage sind, ähnliche Funktionen wie das Gehirn auszuführen, und ihre Mechanismen analysiert werden.

Ein kollaboratives Forschungsteam hat kürzlich ein komplexes gehirnähnliches Netzwerk geschaffen, indem es zahlreiche Nanodrähte aus Silber (Ag) integriert hat, die mit einer etwa 1 Nanometer dicken Isolierschicht aus Polymer (PVP) beschichtet sind. Die Verbindung zwischen den beiden Nanodrähten bildet ein variables Widerstandselement (d. h. ein synaptisches Element), das sich wie eine neuronale Synapse verhält.

Dieses Netzwerk aus Nanodrähten, das eine Vielzahl komplex interagierender synaptischer Elemente enthält, bildet ein „neuromorphes Netzwerk“. Wenn Spannung an das neuromorphe Netzwerk angelegt wurde, schien es "zu kämpfen", um optimale Strompfade (d. h. die elektrisch effizientesten Pfade) zu finden. Das Forscherteam hat die Prozesse des Bildens, Haltens und Deaktivierens des Strompfades gemessen, während der elektrische Strom durch das Netzwerk geflossen ist, und festgestellt, dass diese Prozesse im Verlauf immer schwanken, ähnlich wie die Prozesse des Erinnerns, Lernens und Vergessens im menschlichen Gehirn.

Auch die beobachteten zeitlichen Schwankungen ähneln Prozessen, bei denen das Gehirn wach wird oder zur Ruhe zurückkehrt. Gehirnähnliche Funktionen, die vom neuromorphen Netzwerk nachgeahmt werden, treten auf, wenn die große Anzahl synaptischer Elemente im Netzwerk zusammenarbeiten, um die Stromübertragung durch selbstorganisierende und entstehende dynamische Prozesse zu optimieren.

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Energie aus dem Weltraum für Raumschiff 08.05.2024

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Neue Methode zur Herstellung leistungsstarker Batterien 08.05.2024

Mit der Entwicklung der Technologie und dem zunehmenden Einsatz von Elektronik wird die Frage der Schaffung effizienter und sicherer Energiequellen immer dringlicher. Forscher der University of Queensland haben einen neuen Ansatz zur Herstellung von Hochleistungsbatterien auf Zinkbasis vorgestellt, der die Landschaft der Energiebranche verändern könnte. Eines der Hauptprobleme herkömmlicher wiederaufladbarer Batterien auf Wasserbasis war ihre niedrige Spannung, die ihren Einsatz in modernen Geräten einschränkte. Doch dank einer neuen, von Wissenschaftlern entwickelten Methode konnte dieser Nachteil erfolgreich überwunden werden. Im Rahmen ihrer Forschung wandten sich Wissenschaftler einer speziellen organischen Verbindung zu – Catechol. Es erwies sich als wichtige Komponente, die die Stabilität der Batterie verbessern und ihre Effizienz steigern kann. Dieser Ansatz hat zu einer deutlichen Spannungserhöhung der Zink-Ionen-Batterien geführt und sie damit wettbewerbsfähiger gemacht. Laut Wissenschaftlern haben solche Batterien mehrere Vorteile. Sie haben b ... >>

Alkoholgehalt von warmem Bier 07.05.2024

Bier, eines der häufigsten alkoholischen Getränke, hat einen ganz eigenen Geschmack, der sich je nach Temperatur des Konsums verändern kann. Eine neue Studie eines internationalen Wissenschaftlerteams hat herausgefunden, dass die Biertemperatur einen erheblichen Einfluss auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks hat. Die vom Materialwissenschaftler Lei Jiang geleitete Studie ergab, dass Ethanol- und Wassermoleküle bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Arten von Clustern bilden, was sich auf die Wahrnehmung des alkoholischen Geschmacks auswirkt. Bei niedrigen Temperaturen bilden sich eher pyramidenartige Cluster, wodurch die Schärfe des „Ethanol“-Geschmacks abnimmt und das Getränk weniger alkoholisch schmeckt. Im Gegenteil, mit steigender Temperatur werden die Cluster kettenförmiger, was zu einem ausgeprägteren alkoholischen Geschmack führt. Dies erklärt, warum sich der Geschmack einiger alkoholischer Getränke, wie z. B. Baijiu, je nach Temperatur ändern kann. Die Erkenntnisse eröffnen Getränkeherstellern neue Perspektiven, ... >>

Zufällige Neuigkeiten aus dem Archiv

RAK811 ist ein preisgünstiges LoRa-Modul für das Internet der Dinge 08.12.2018

Mit dem neuen Funkmodul RAK811 von RAK können Sie mit minimalem Engineering-Aufwand ein sternförmiges Funknetz aufbauen oder einen einfachen Austausch zwischen zwei Punkten realisieren. Das Modul enthält einen SX1276-HF-Transceiver, einen STM32L151-Mikrocontroller mit geringem Stromverbrauch und ermöglicht die Organisation der Datenübertragung über eine Entfernung von bis zu 5 Kilometern in städtischen Gebieten. Das RAK811 unterscheidet sich von anderen LoRaWAN-Modulen durch einen zusätzlichen rauscharmen Verstärker, einen hochstabilen TCXO-Referenzoszillator und eine vollständige Abschirmung aller elektronischen Komponenten.

Das Modul wird mit einfachen AT-Befehlen gesteuert, während RAK811 sowohl in LoRaWAN-Netzwerken als auch im einfachen P2P-Modus (Punkt-zu-Punkt) arbeiten kann. Die eingebaute FW kann durch eigenen Code (CoIDE/Keil5) ersetzt werden - Beispiele fertiger Projekte für RAK811 finden Sie auf GithHub (opensource). Das Modul unterstützt die Arduino-Plattform und mehrere offizielle Skizzen sind dafür verfügbar - Verbindung zum LoRaWAN-Netzwerk und Testen der Kommunikationsreichweite (Ping-Pong-Test).

Merkmale des RAK811-Moduls:

LoRaWAN-Protokoll im 868-MHz-Band;
Aktivierung über OTAA/ABP-Modi;
LoRa/FSK/GFSK/OOK-Modulation;
Punkt-zu-Punkt-Modus (Lora-Punkt-zu-Punkt-Kommunikation);
Die LoRa-Technologie ermöglicht es Ihnen, das Signal 20 dB unter dem Rauschpegel zu erkennen;
Empfindlichkeit bis -148 dBm garantiert maximale Reichweite;
Kommunikationsreichweite bis zu 15 km im offenen Raum;
Einstellbare Ausgangsleistung von 5 bis 20 dBm;
Geringer Verbrauch (500 nA) – bis zu 10 Jahre Batterielebensdauer;
Unterstützung für verschiedene Frequenzkanäle;
Anpassbare Steuerschnittstelle über UART;
Einfache Text-AT-Befehle oder native Anwendung;
Verbrauch 60 mA (TX); 9,9 mA (Empfang);
Abmessungen 22 x 14 x 1,7 mm;
Betriebstemperatur -40°C~85°C.

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