Sinapsis artificial utilizando memristores.
El trabajo que se presenta a continuación fue realizado en el marco de la Tesis de carrera de grado de Ingenieria en Telecomunicaciones. El mismo tiene una fuerte componente experimental y se llevó a cabo en las instalaciones de la Sala Limpia de Nanofabricación y Nanocaracterización del Centro Atóm...
Guardado en:
| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2019
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/873/1/1Llaneza.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | El trabajo que se presenta a continuación fue realizado en el marco de la Tesis de carrera de grado de Ingenieria en Telecomunicaciones. El mismo tiene una fuerte componente experimental y se llevó a cabo en las instalaciones de la Sala Limpia de Nanofabricación y Nanocaracterización del Centro Atómico Bariloche, (CAB). El proyecto titulado "Sinapsis Artificial Utilizando Memristores"se focalizó en la fabricación y caracterización de estos dispositivos con el fin de encontrar analogías con la sinapsis biológica.
La demanda de mayores capacidades de procesamiento de la información ha incentivado a búsqueda de nuevos paradigmas a partir de tecnologías y materiales innovadores. Resulta un camino natural orientar dicha búsqueda a la observación de la biología, más precisamente a las unidades estructurales de procesamiento que componen el cerebro humano. En el Capítulo 1 se explayan estas ideas y se ofrece un breve resumen del estado del arte de esta tecnología.
En el Capítulo 2 se introduce el concepto de memristor como un dispositivo capaz de cambiar su resistencia acorde a la cantidad de carga que pasa a través de el, y se enuncian sus principales características. Una forma de identificar su comportamiento es a partir de su ciclo de histéresis en las curvas tensión-corriente, o curvas IV, en donde pueden observarse dos estados de resistencia estables, no volátiles y bien diferenciados. Estos estados discretos, o "digitales", hacen evidente el uso de memristores como memorias. En algunos sistemas es posible hallar estados de resistencia intermedios, o estados \analógicos", entre estos valores discretos, a partir de una excitación eléctrica adecuada. Al final de este capítulo también se presentan conceptos básicos de la sinapsis biológica.
La sinapsis biológica es una estructura funcional y elemental que media la comunicación entre neuronas. La facilidad o eficiencia con la que dos neuronas se comunican se denomina "peso sináptico". El mismo puede modificarse y esta variación se denomina "plasticidad sináptica". Es de interés de este trabajo encontrar analogías entre la variación del peso sináptico y el cambio de resistencia en los estados intermedios de los sistemas memristivos.
Para encontrar las analogías se usaron sistemas memristivos compuestos por tres capas: un electrodo inferior, un óxido binario en el medio y un electrodo superior. Uno de los sistemas medidos, compuesto por Ti/TiO2/Pd, fue fabricado por N.Ghenzi etal. [1], en el Laboratorio Nanogune localizado en País Vasco, España. El resto de los sistemas se fabricaron durante este trabajo. En el Capítulo 3 se detallan los procedimientos experimentales realizados y los equipos utilizados, tanto para la elaboración como para la caracterización eléctrica de los dispositivos.
Los sistemas memristivos fabricados en las instalaciones del CAB tienen en común el electrodo inferior de Au de 75 nm de espesor, seguido por una película delgada de TiO2 de 55 nm producido por el método de sol-gel. El electrodo superior varía de una muestra a otra y puede ser Al (45 nm), Au (75 nm) o Ag (25 nm). El diseño de los electrodos se transfirío por fotolitografía mediante mascaras de Ag. Los detalles de diseño y los procedimientos finales se describen en el Capítulo 4.
En el Capítulo 5 se relevan los ciclos de histéresis de los sistemas y tratan de buscarse rangos de tensiones en los cuales haya comportamientos repetibles. Las analogías con la sinapsis biológica se describen en el Capítulo 6. Se estudian dos propiedades
principales, la primera es la acumulación, que consiste en el aumento o disminución del peso sináptico debido a la repetición de un estímulo de igual amplitud, mientras que la segunda es una propiedad de sincronismo. Dicha propiedad se denomina Spike-Timing-
Dependent-Plasticity (STDP) y asocia cambios de peso sináptico de mayor amplitud a estímulos que se suceden más cerca temporalmente.
Finalmente se hace una evaluación de los resultados obtenidos y se ofrecen perspectivas a futuro de esta investigación en el Capítulo 7. |
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