限制工程師復(fù)制大腦能效和古怪計算技能的一個原因是，他們?nèi)鄙僖环N可以獨自發(fā)揮神經(jīng)元作用的電子設(shè)備。為此，我們需要一種特殊的設(shè)備，該設(shè)備的特性比尚未創(chuàng)建的任何設(shè)備都要復(fù)雜。

　　惠普實驗室的Suhas Kumar，現(xiàn)任德克薩斯A＆M的R. Stanley Williams和斯坦福大學(xué)學(xué)生Ziwen Wang發(fā)明了一種滿足這些要求的設(shè)備。使用簡單的直流電壓作為輸入，該設(shè)備不僅輸出一些其他設(shè)備可以管理的簡單尖峰（spike），還輸出整個神經(jīng)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(jié)合了電阻，電容和莫特憶阻。最關(guān)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(shè)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(qū)動的電阻變化。處于Mott過渡狀態(tài)的材料根據(jù)其溫度在絕緣和導(dǎo)電之間轉(zhuǎn)換。這是自19世紀(jì)60年代以來就已經(jīng)出現(xiàn)的特性，但是直到最近才在納米級設(shè)備中進(jìn)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(dāng)施加直流電壓時，NbO 2會稍微發(fā)熱，從而使其從絕緣轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)電。一旦發(fā)生這種切換，電容中累積的電荷就會流過。然后，設(shè)備冷卻到剛好足以觸發(fā)轉(zhuǎn)換回絕緣狀態(tài)。結(jié)果是電流尖峰類似于神經(jīng)元的動作電位。

　　威廉姆斯說：“我們已經(jīng)努力五年了?！?“在一個很小的納米級材料結(jié)構(gòu)中，正在發(fā)生很多事情。”

　　根據(jù)Kumar的說法，憶阻器發(fā)明者Leon Chua預(yù)測，如果繪制出可能的設(shè)備參數(shù)，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(jīng)元功能的設(shè)備。

　　威廉姆斯（Williams）將其歸功于庫馬爾（Kumar），因為她努力地微調(diào)設(shè)備的材料和物理參數(shù)，最終找到了有效的組合。他說：“您不會偶然發(fā)現(xiàn)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(fù)。”

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

　　要將它們變成實用的設(shè)備并將其擴(kuò)展到可能挑戰(zhàn)當(dāng)今機(jī)器的有用系統(tǒng)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(jīng)歷Mott transitions的其他可能材料。NbO2的發(fā)生在令人擔(dān)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(shù)百萬個設(shè)備，這可能是一個問題。

　　其他人已經(jīng)研究了釩氧化物（vanadium oxide），該釩氧化物在更舒適的60°C下轉(zhuǎn)變。但是，威廉姆斯說，鑒于數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)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(dá)到相同的結(jié)果。威廉姆斯說：“發(fā)現(xiàn)洋薊材料 （ goldilocks material ）是一個非常有趣的問題。”