Cellulose-Nanokristall-basierter Bio-Memristor als grünes künstliches synaptisches Gerät für neuromorphe Rechenanwendungen

Zusammenfassung Nanokomposite auf Basis von Biomaterialien sind vielversprechende Kandidaten für aufkommende grüne Elektronik, die von umweltfreundlichen, erneuerbaren, biokompatiblen und biologisch abbaubaren Ressourcen für nachhaltige Forschung und Entwicklung profitieren. Besonders die Anwendung von biokompositbasierten Memristoren zur Simulation künstlicher Synapsen, die als Bio-Memristor bezeichnet werden, hat den Fortschritt der ökologisch unbedenklichen Bioelektronik weiter gefördert. In dieser Studie präsentieren die Autoren, dass die umweltfreundlichen Nanokompositfilme, die aus Ag-Nanopartikeln und einem auf Cellulose-Nanokristallen (CNC) basierenden Bio-Memristor mit hervorragendem bipolarem resistivem Schaltverhalten bestehen, die künstliche bio-synaptische Emulation mit kontinuierlicher Widerstandsmodulation für die Speicherung von Informationen und neuromorphe Rechenanwendungen durchführen können. Der Bio-Memristor zeigt ein großes resistives Schalten (I_ON/OFF von bis zu ≈10^4 und ultraniedrige SET/RESET-Spannung von ≈0,2 V) und zuverlässige Schaltmerkmale durch die elektrochemische Bildung/Unterbrechung von Ag-metallischen Filamenten innerhalb der Nanokomposit-Schicht. Das Gerät zeigt die Koexistenz digitaler und analoger Schalteigenschaften, die sowohl für nichtflüchtigen digitalen Speicher als auch für neuromorphe Rechenanwendungen vorteilhaft sind. Durch die Anwendung geeigneter Pulsstimuli auf das Gerät demonstrieren die Autoren biologische synaptische Funktionen, einschließlich langfristiger Potenzierung/Depression, spike-ratenabhängiger Plastizität, exzitatorischer postsynaptischer Strömung, gekoppelte Pulsförderung und gekoppelte Pulsdepression. Somit ist dieser auf CNC-basierende Bio-Memristor als effektives künstliches synaptisches Gerät vorteilhaft für die Verwirklichung von grüner Elektronik und bioinspirierten neuromorphen Systemen.