ニューロンとシナプスの動作を再現する素子を東北大学が開発、脳に似た情報処理実現に期待

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東北大学の大野英男教授(現総長)らの研究グループは、脳の神経回路網を構成するニューロンとシナプスに似た動作を示す新型のスピントロニクス素子を開発した。

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人間の脳は、パソコンや携帯電話に用いる集積回路とは構造・情報処理様式が全く異なり、極めて小さなエネルギーにより認識や判断、学習や記憶など高度な情報処理機能を実現している。そのため情報処理装置に脳の神経回路網(ニューラルネットワーク)の構造や動作機構を取り入れて性能を向上させる取り組みが盛んだ。研究グループでは、ニューロンが発生するスパイク状の出力(活動電位)を信号とする「スパイキングニューラルネットワーク」を研究対象としている。これには脳の基本構成要素であるニューロンとシナプスの時間的な応答を再現できる新概念のハードウェアユニットが必要だが、両者は機能が大きく異なるため、これまでは全く異なる材料でそれらに似た挙動を示す素子を別々に開発していた。研究グループは以前、反強磁性材料と強磁性材料を積み重ねた材料系を開発した。今回、それを微細加工することで、ニューロンとシナプスの各機能を発現する素子を、電子の電荷・スピンの特性を応用するスピントロニクスの原理により同時に形成できることを示した。また、量子相対論的効果を利用して、ニューロンの典型的な機能や、学習と記憶におけるシナプスの特徴的な機能に似た動作の実現に成功した。この素子により生体の神経回路機能の人工的実現や、人間の脳に似た柔軟な認識や判断、学習や記憶を可能とし、常に変化する環境への適応性やエネルギー効率に優れた全く新しいコンピュータの実現が期待されるとしている。論文情報:

【AdvancedMaterials】Artificial neuron and synapse realized in an antiferromagnet/ferromagnetheterostructure using dynamics of spin-orbit torque switching