限制工程師復制大腦能效和古怪計算技能的一個原因是,，他們缺少一種可以獨自發(fā)揮神經元作用的電子設備,。為此,，我們需要一種特殊的設備,，該設備的特性比尚未創(chuàng)建的任何設備都要復雜。

　　惠普實驗室的Suhas Kumar,，現任德克薩斯A＆M的R. Stanley Williams和斯坦福大學學生Ziwen Wang發(fā)明了一種滿足這些要求的設備,。使用簡單的直流電壓作為輸入,，該設備不僅輸出一些其他設備可以管理的簡單尖峰（spike）,，還輸出整個神經活動，包括尖峰爆發(fā)（bursts of spikes）,，自我維持的振蕩（self-sustained oscillations）以及其他發(fā)生在你的大腦中的事情,。他們上周在《自然》雜志上描述了該裝置。

       新器件結合了電阻,，電容和莫特憶阻,。最關鍵的部分是納米薄的氧化鈮（NbO2）層。

　　它將電阻,，電容和所謂的 Mott memristor 全部集成在同一設備中,。憶阻器是一種以電阻形式保存流過它們的電流的器件。Mott memristor 具有附加功能,，因為它們還可以反映溫度驅動的電阻變化,。處于Mott過渡狀態(tài)的材料根據其溫度在絕緣和導電之間轉換。這是自19世紀60年代以來就已經出現的特性,，但是直到最近才在納米級設備中進行了探索,。

　　過渡發(fā)生在憶阻器中的納米級氧化鈮條（sliver of niobium oxid中。在此,，當施加直流電壓時,，NbO 2會稍微發(fā)熱，從而使其從絕緣轉變?yōu)閷щ姟Ｒ坏┌l(fā)生這種切換,，電容中累積的電荷就會流過,。然后，設備冷卻到剛好足以觸發(fā)轉換回絕緣狀態(tài),。結果是電流尖峰類似于神經元的動作電位,。

　　威廉姆斯說：“我們已經努力五年了?！?“在一個很小的納米級材料結構中,，正在發(fā)生很多事情?！?/p>

　　根據Kumar的說法,，憶阻器發(fā)明者Leon Chua預測，如果繪制出可能的設備參數,，則行為穩(wěn)定的區(qū)域之間將存在混沌行為區(qū)域,。在某些混沌區(qū)域的邊緣，可以存在執(zhí)行新的人造神經元功能的設備,。

　　威廉姆斯（Williams）將其歸功于庫馬爾（Kumar）,，因為她努力地微調設備的材料和物理參數，最終找到了有效的組合,。他說：“您不會偶然發(fā)現它,。” “在看到這一特性之前,，一切都必須是完美的,，但是一旦您能夠制造出這種東西，它實際上就非常堅固且可重復,?！?/p>

　　他們首先通過構建spiking 版本的布爾邏輯門（NAND和NOR），然后通過構建小型模擬優(yōu)化電路來對器件進行測試,。

　　要將它們變成實用的設備并將其擴展到可能挑戰(zhàn)當今機器的有用系統的工作量很大,。例如，庫瑪（Kumar）和威廉姆斯（Williams）計劃探索在不同溫度下經歷Mott transitions的其他可能材料,。NbO2的發(fā)生在令人擔憂的800攝氏度,。該溫度僅發(fā)生在納米級的薄層中，但放大到數百萬個設備,，這可能是一個問題,。

　　其他人已經研究了釩氧化物（vanadium oxide），該釩氧化物在更舒適的60°C下轉變,。但是,，威廉姆斯說,，鑒于數據中心的系統通常在100°C下運行，該溫度可能太低,。

　　甚至可能有些材料可以使用其他類型的過渡來達到相同的結果,。威廉姆斯說：“發(fā)現洋薊材料 （ goldilocks material ）是一個非常有趣的問題?！?/p>