一個能學習的納米元件：比勒菲爾德大學研制的憶阻器被內置于比人頭發薄600倍的芯片中
北京時間3月5日消息，據國外媒體報道，長久以來，科學家一直夢想著造出像大腦一樣的電腦。大腦比電腦更加節能，而且還會學習，不需要任何編程。來自比勒菲爾德大學物理學系的講師安迪·托馬斯博士正在做這方面的努力，他的研究材料是憶阻器(memristor)，一種能夠模仿神經功能的微電子元件。托馬斯及其同事在一年之前就制作出了一種具有學習能力的憶阻器。現在，安迪·托馬斯利用這種憶阻器作為人工大腦的關鍵部件，他的研究結果將于近期發表在《物理學學報D輯：應用物理學》雜志上。
憶阻器由薄的納米薄膜制成，可用于連接電子回路。多年來，憶阻器一直被視為神經突觸的電子版。突觸是神經元之間聯系的橋梁，神經元活動越多，這種突觸聯系也就越多。通常，一個神經元與其他神經元通過數千個突觸進行聯系。憶阻器可以接收來自電子回路的脈沖，并且在關掉電源后，仍能“記憶”先前通過的電荷量。因此，憶阻器允許通過的電流量取決于之前通過電流的強度及通過的時間。
安迪·托馬斯解釋說，因為憶阻器與突觸的這種相似性，使其成為制造人工大腦——從而打造出新一代的電腦——的佳材料，“它使我們得以建造為節能、耐用，同時能夠自學的處理器。”托馬斯的文章總結了自己的實驗結果，并借鑒其他生物學和物理學研究的成果，次闡述了這種仿神經系統的電腦如何將自然現象轉化為技術系統，及其中應該遵循的幾個原則。這些原則包括，憶阻器應像突觸一樣，“注意”到之前的電子脈沖；而且只有當刺激脈沖超過一定的量時，神經元才會做出反應，憶阻器也是如此。
正是由于這種特性，神經突觸才能在大腦學習的過程中發揮關鍵作用。安迪·托馬斯以巴甫洛夫的經典生理學實驗為例，說明了學習的過程。如果狗看到食物，就會出現流口水的自然反應；如果狗每次看到食物時都聽到鈴聲，那么鈴聲這種“中性”的刺激就會與引起反射反應的刺激聯系起來。所以，后狗即使沒有看到食物，在聽到鈴聲時也會流口水。這種條件反射的生理原因是，做出反射反應的神經元與觸發這些反應的神經元之間具有更多的突觸聯系。
如果中性的響鈴刺激與食物刺激同時出現，狗的大腦就會開始學習，其負責這兩種刺激的神經元之間建立起更多的聯系。“你也可以用憶阻器建立起類似的電子回路，這是通往仿神經處理器的一步。”安迪·托馬斯說，“這是完全有可能做到的，因為相比原來基于比特(bit)的計算機處理器，憶阻器對信息的存儲更加。”憶阻器和比特都是利用電子脈沖進行工作，但后者不能進行任何微小調整，而只能“開”和“關”。相比之下，憶阻器能夠持續增高或減弱電阻。托馬斯解釋道：“這也是人工大腦進行學習和遺忘的過程中，憶阻器如何發揮作用的基礎。”
