Para peneliti di EPFL telah mengembangkan memristor nanofluida baru, sebuah perangkat yang meniru pemrosesan informasi berbasis ion yang efisien di otak. Tidak seperti memristor tradisional yang menggunakan elektron, perangkat ini menggunakan berbagai ion, seperti kalium, natrium, dan kalsium, untuk mengubah status memori dan menyimpan data. Pendekatan inovatif ini dapat menghasilkan solusi memori yang lebih terukur dan berkinerja tinggi, bahkan sirkuit yang sepenuhnya cair untuk aplikasi seperti antarmuka otak-komputer. Kredit: SciTechDaily
Memristor nanofluidik baru meniru pemrosesan otak menggunakan ion, meningkatkan efisiensi dan skalabilitas dalam komputasi.
Memori, atau kemampuan untuk menyimpan informasi dengan cara yang mudah diakses, merupakan operasi penting baik di komputer maupun otak manusia. Namun, ada perbedaan utama dalam cara keduanya memproses informasi. Sementara otak manusia melakukan kalkulasi langsung pada data yang tersimpan, komputer harus mentransfer data antara unit memori dan unit pemrosesan pusat (CPU). Pemisahan yang tidak efisien ini, yang dikenal sebagai hambatan von Neumann, berkontribusi terhadap meningkatnya biaya energi komputer.
Mengembangkan Perangkat Memristif Nanofluidik
Selama lebih dari 50 tahun, para peneliti telah bekerja pada konsep memristor (resistor memori), komponen elektronik yang dapat menghitung dan menyimpan data, seperti sinapsAleksandra Radenovic dari Laboratory of Nanoscale Biology (LBEN) di School of Engineering EPFL memiliki pandangan yang lebih ambisius: perangkat memristif nanofluida fungsional yang mengandalkan ion, bukan elektron dan pasangannya yang bermuatan berlawanan (lubang). Pendekatan ini akan meniru cara otak manusia memproses informasi dengan lebih tepat dan karenanya lebih hemat energi.
Radenovic berkata, “Memristor telah digunakan untuk membangun jaringan saraf elektronik, tetapi tujuan kami adalah membangun jaringan saraf nanofluida yang memanfaatkan perubahan konsentrasi ion, mirip dengan organisme hidup.”
Sinaps nanofluida buatan dapat menyimpan memori komputasional. Kredit: ©EPFL 2024 / Andras Kis
“Kami telah menciptakan perangkat nanofluida baru untuk aplikasi memori yang secara signifikan lebih terukur dan jauh lebih berkinerja daripada upaya sebelumnya,” kata peneliti pascadoktoral LBEN Théo Emmerich. “Hal ini memungkinkan kami, untuk pertama kalinya, untuk menghubungkan dua 'sinapsis buatan' tersebut, yang membuka jalan bagi desain perangkat keras cairan yang terinspirasi dari otak.” Penelitian tersebut baru-baru ini dipublikasikan di Elektronik Alami.
Memristor dalam Praktik: Beralih ke Ion
Memristor dapat beralih antara dua kondisi konduktansi – aktif dan nonaktif – dengan memanipulasi tegangan yang diberikan. Sementara memristor elektronik mengandalkan elektron dan lubang untuk memproses informasi digital, memristor LBEN dapat memanfaatkan berbagai ion yang berbeda. Untuk penelitian mereka, para peneliti merendam perangkat mereka dalam larutan elektrolit berair yang mengandung ion kalium, tetapi yang lain dapat digunakan, termasuk natrium dan kalsium.
“Kita dapat menyetel memori perangkat kita dengan mengubah ion yang kita gunakan, yang memengaruhi cara perangkat menyala dan mati, atau seberapa banyak memori yang disimpannya,” jelas Emmerich.
Inovasi dalam Teknologi Memori
Perangkat ini dibuat pada sebuah chip di Pusat Teknologi MikroNano EPFL dengan membuat nanopore di bagian tengah membran silikon nitrida. Para peneliti menambahkan lapisan paladium dan grafit untuk membuat nanochannel bagi ion. Ketika arus mengalir melalui chip, ion merembes melalui saluran dan bertemu di pori, di mana tekanan menciptakan gelembung antara permukaan chip dan grafit. Saat lapisan grafit dipaksa naik oleh gelembung, perangkat menjadi lebih konduktif, mengubah status memorinya menjadi 'aktif'. Karena lapisan grafit tetap aktif, bahkan tanpa arus, perangkat 'mengingat' status sebelumnya. Tegangan negatif membawa lapisan kembali bersentuhan, mengatur ulang memori menjadi 'nonaktif'.
“Saluran ion di otak mengalami perubahan struktural dalam sinaps, sehingga hal ini juga meniru biologi,” kata mahasiswa PhD LBEN Yunfei Teng, yang bekerja untuk menciptakan perangkat tersebut – dijuluki saluran sangat asimetris (HAC) yang mengacu pada bentuk aliran ion menuju pori pusat.
Mahasiswa PhD LBEN Nathan Ronceray menambahkan bahwa pengamatan langsung tim terhadap memori HAC dalam aksinya juga merupakan pencapaian baru di bidang tersebut. “Karena kami berhadapan dengan fenomena memori yang sama sekali baru, kami membuat mikroskop untuk mengamatinya secara langsung.”
Arah dan Aplikasi Masa Depan
Berkolaborasi dengan Riccardo Chiesa dan Edoardo Lopriore dari Laboratory of Nanoscale Electronics and Structures, yang dipimpin oleh Andras Kis, para peneliti berhasil menghubungkan dua HAC dengan elektroda untuk membentuk sirkuit logika berdasarkan aliran ion. Pencapaian ini merupakan demonstrasi pertama operasi logika digital berdasarkan perangkat ionik seperti sinapsis. Namun, para peneliti tidak berhenti di situ: tujuan mereka berikutnya adalah menghubungkan jaringan HAC dengan saluran air untuk menciptakan sirkuit yang sepenuhnya cair. Selain menyediakan mekanisme pendinginan internal, penggunaan air akan memfasilitasi pengembangan perangkat yang kompatibel secara biologis dengan aplikasi potensial dalam antarmuka otak-komputer atau neuromedicine.
Referensi: “Logika nanofluida dengan sakelar memristif mekano-ionik” oleh Theo Emmerich, Yunfei Teng, Nathan Ronceray, Edoardo Lopriore, Riccardo Chiesa, Andrey Chernev, Vasily Artemov, Massimiliano Di Ventra, Andras Kis dan Aleksandra Radenovic, 19 Maret 2024, Elektronik Alam.
Nomor Induk Kependudukan: 10.1038/s41928-024-01137-9
NewsRoom.id
