Các nhà nghiên cứu đã chế tạo thành công một loại “bóng bán dẫn tế bào thần kinh” (transistor neuron) có tính năng hoạt động giống như nơron tế bào thần kinh trong bộ não người còn sống. Các bóng bán dẫn mới này có thể hình thành các khối kiến tạo trong phần cứng điện toán mô phỏng não người để tạo ra các khả năng tính toán chưa từng có chẳng hạn như khả năng tự học hỏi.

Công trình nghiên cứu này S. G. Hu và các tác giả thuộc Trường Đại học Khoa học và Kỹ Thuật Trung Quốc và Đại học Kỹ thuật Nanyang Singapo công bố trên tạp chí Nanotechnology gần đây.

Để một bóng bán dẫn có hành vi giống với tế bào thần kinh sinh học thì nó phải có khả năng thực hiện các chức năng giống như các tế bào thần kinh, đặc biệt là chức năng tính tổng và ngưỡng theo trọng số. Các khả năng này có liên quan đến khả năng tiếp nhận tín hiệu đầu vào có trọng số từ nhiều tế bào thần kinh khác, và sau đó tính tổng giá trị đầu vào và so sánh chúng với giá trị ngưỡng để quyết định xem có “phát ra phản ứng kích thích” hay không của tế bào thần kinh sinh học. Trong bộ não người có hàng chục nghìn tế bào thần kinh, và chúng liên tục đảm nhiệm chức năng tính tổng trọng số và giá trị ngưỡng nhiều lần trong mỗi giây để cùng lúc kiểm soát tất cả những suy nghĩ và hành động của chúng ta.

Trong nghiên cứu mới này, các nhà nghiên cứu đã tạo ra được bóng bán dẫn tế bào thần kinh có khả năng hoạt động như một tế bào thần kinh đơn, có khả năng tính tổng trọng số và các chức năng ngưỡng. Thay vì được làm bằng silic như bóng bán dẫn truyền thống, bóng bán dẫn tế bào thần kinh mới này được làm bằng một mảnh disulfide molypden (MoS2) hai chiều, thuộc cấp độ chất bán dẫn mới có tên gọi là dichalcogenides kim loại chuyển tiếp (TMDs).

Để chứng minh bóng bán dẫn tế bào thần kinh mới có hành vi giống với tế bào thần kinh, các nhà nghiên cứu đã chỉ cho thấy nó có thể bị kiểm soát bởi 1 cổng hoặc đồng thời cả 2 cổng. Trong trường hợp bị kiểm soát đồng thời cả 2 cổng, nó có thể thực hiện được một phép tính tổng hợp. Để minh chứng cho điều này, nhóm nghiên cứu đã trình diễn cho thấy bóng bán dẫn tế bào thần kinh này có thể thực hiện nhiệm vụ giống với việc di chuyển các hạt ở phần bàn tính có 2 hạt ở ngăn trên, song song với các hàm logic khác.

Một trong những ưu điểm của bóng bán dẫn tế bào thần kinh mới này chính là tốc độ vận hành của nó. Mặc dù trước đây các nhà nghiên cứu đã chế tạo được các bóng bán dẫn tế bào thần kinh khác, nhưng chúng chỉ có thể hoạt động ở các tần số nhỏ hơn hoặc bằng 0,05 Hz, thấp hơn nhiều so với tốc độ kích thích trung bình của tế bào thần kinh sinh học khoảng 5 Hz. Còn bóng bán dẫn tế bào thần kinh mới có khả năng hoạt động trong dải tần số rộng từ 0,01 đến 15 Hz. Điều này có thể mang lại nhiều lợi ích cho việc phát triển phần cứng neuromorphic.

Trong tương lai, các nhà nghiên cứu hy vọng sẽ có thể bổ sung thêm nhiều cổng kiểm soát cho bóng bán dẫn tế bào thần kinh này và sẽ tạo ra được một mô hình tế bào sinh học với nhiều cổng vào hiện thực hơn. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu hy vọng việc tích hợp các bóng bán dẫn tế bào thần kinh với các bộ nhớ để tạo ra các hệ thống neuromorphic có thể hoạt động tương tự như bộ não.

P.T.T (NASATI), theo https://phys.org/news/2017-06-neuron-transistor-brain.html, 22/6/2017