Dispositivo semicondutor neuromórfico atinge a maior taxa de reconhecimento de padrões de escrita à mão do mundo

TX, 20/02/2023 

Uma equipe de pesquisa liderada pelo Dr. Yong-hun Kim e Dr. Jeong-Dae Kwon desenvolveu com sucesso o primeiro dispositivo semicondutor neuromórfico do mundo com alta densidade e alta confiabilidade, desenvolvendo uma película fina de materiais de bateria de íons de lítio. Eles conseguiram isso produzindo íons de lítio ultrafinos, um material-chave das baterias de íons de lítio que estiveram no centro das atenções recentemente, e combinando-o com nanomateriais bidimensionais. A equipe de pesquisa é da Divisão de Materiais de Superfície e Nano do Instituto Coreano de Ciência de Materiais (KIMS).

Um dispositivo semicondutor neuromórfico possui sinapses e neurônios semelhantes ao cérebro humano, que processa e memoriza informações. O dispositivo sináptico recebe sinais dos neurônios e modula o peso sináptico (força da conexão) de várias maneiras para processar e armazenar informações simultaneamente. Em particular, a linearidade e a simetria dos pesos sinápticos permitem vários reconhecimentos de padrões com baixo consumo de energia.

Métodos tradicionais para controlar pesos sinápticos usam armadilhas de carga entre interfaces de materiais heterogêneos ou íons de oxigênio. Nesse caso, entretanto, é difícil controlar o movimento dos íons na direção desejada de acordo com o campo elétrico externo. Os pesquisadores resolveram esse problema com um dispositivo semicondutor de inteligência artificial de alta densidade, desenvolvendo um processo de película fina, mantendo a mobilidade dos íons de lítio de acordo com o campo elétrico externo. A película fina – com uma espessura de várias dezenas de nanômetros – permite o processamento de padrões finos enquanto controla a espessura da escala do wafer.

A equipe de pesquisa desenvolveu o filme usando um método de deposição por pulverização catódica a vácuo que é usado no processamento geral de semicondutores. A espessura do filme depositado é inferior a 100 nanômetros. Depois que um dispositivo do tipo transistor em um substrato de wafer de silício é fabricado e quando um campo elétrico é aplicado de fora, os íons de lítio no filme fino de lítio carregado se movem para que a condutividade do canal possa ser controlada com precisão.

A equipe de pesquisa implementou um padrão de aprendizado de rede neural artificial usando este dispositivo de sinapse e desenvolveu o reconhecimento de padrão de imagem de caligrafia. O dispositivo semicondutor de inteligência artificial mostra uma taxa de reconhecimento de padrão de escrita de cerca de 96,77%, mantendo as características de peso sináptico ajustado com precisão, mesmo em um campo elétrico repetido mais de 500 vezes.

A equipe de pesquisa declarou: "Nosso dispositivo semicondutor neuromórfico de próxima geração não requer CPU e memória, o tradicional dispositivo de processamento de informações do tipo Von Neumann e dispositivo de armazenamento de informações. Ele pode processar e armazenar informações simultaneamente e aprender e reconhecer imagens, como padrões de caligrafia. Espera-se que seja aplicado a vários dispositivos de inteligência artificial de baixa potência, como sistemas de hardware neuromórficos de classe mundial, dispositivos hápticos e sensores de visão."

Os resultados da pesquisa foram publicados na ACS Applied Materials & Interfaces em 17 de novembro de 2022. A equipe de pesquisa está conduzindo pesquisas de acompanhamento sobre dispositivos de inteligência artificial de baixa potência e dispositivos de borda vestíveis.

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Fonte:https://techxplore.com/news/2023-02-neuromorphic-semiconductor-device-world-highest.html