Uluslararası İber Nanoteknolojiler Laboratuvarı (INL) araştırmacıları, insan beyni gibi bilgileri işleyebilen, ancak elektrik yerine ışık kullanabilen mikroskobik bir cihaz sundu. Toz geçirmez (6-10 mikrometre) boyutu olan galyum arsenidden yapılmış bu yarı iletken çip, kızılötesi radyasyonun etkisi altında ritmik dürtüler üretir – nöron senkronize sinyaller aracılığıyla diğer hücrelerle nasıl “iletişim kurar”. Teknoloji, yeni nesil akıllı cihazların temeli olabilir: anında reaksiyona sahip robotlardan, yıllarca aynı pil üzerinde ısınmayan ve çalışan kompakt gadget’lara kadar.
Gelişme, genellikle karmaşık elektronik devrelerde meydana gelen negatif diferansiyel direnç (ODS) olgusuna dayanmaktadır. Bilim adamları ilk önce kızılötesi ışığın (830 nanometrenin dalga boyu) etkisi altında görünüşünü elde ettiler. Bir ışın çipin yüzeyine düştüğünde, galyumun arsenidinin yapısı “titreşir” olmaya başlar – akım, voltajdaki bir artışla spazral olarak değişir ve kararlı dalgalanmalar yaratır. Biyolojik nöronların aktivitesine benzeyen bu ritmik dürtüler, saniyede 350 bin kez bir frekansta görülür ve ışık yoğunluğu ile kontrol edilebilir.
Bu tür sistemlerin erken analogları, işleme sinyalleri için ek bileşenler gerektirir, ancak burada duyusal fonksiyonlar ve nabız oluşturma bir cihazda birleştirilmiştir. Deneylerde çip, 1000 döngüden sonra bile kararlı bir çalışma gösterdi: salınımlar ışığın belirli bir parlaklığı ile açıldı ve azaldığında bastırıldı, sinir sistemindeki uyarma ve inhibisyon işlemlerini simüle etti. Örneğin, kısa ışık dürtüleri, bir nöron harici uyaranlara yanıt vermeyi öğreniyormuş gibi, görüntüleri veya filtre verilerini tanımak için programlanabilen bir “pakete” neden oldu.
Teknolojinin ana avantajı enerji verimliliğidir. Işık hem bir veri kaynağı hem de hesaplamalar için bir “yakıt” olduğundan, sistem sinyallerin dönüşümü için minimum enerji harcar. Ek olarak, işlem hızı geleneksel elektronik nöromorfik yongalardan binlerce kat daha yüksektir. Bu, milisaniyedeki bir gecikmenin bir kazaya yol açabileceği veya çevreyi gerçek zamanlı olarak analiz eden akıllı kontakt lenslerde makine görme sistemlerinin gelişimini entegre etmenin yolunu açar.
Bilim adamları, foton nöronlarının mevcut optoelektronik bileşenler, 3D çerçeve ve hareket sensörleri ile uyumlu olduğunu vurgulamaktadır. Bu, donanımı tamamen yeniden hesaplamadan onu otonom arabalara, endüstriyel robotlara ve hatta tıbbi implantlara tanıtmasına izin verecektir.
