• Universitat de València

• Carlos David Prado Socorro

El desenvolupament de tecnologies com a visió artificial, audició artificial i intel·ligència artificial ha creat una creixent demanda de sistemes capaços de processar i emmagatzemar grans volums de dades de manera ràpida i eficient. No obstant això, els dispositius actuals, separen el processament de dades i el seu emmagatzematge en components independents. Aquesta separació no sols implica un alt cost energètic, sinó que també dificulta el maneig ràpid i eficient de grans quantitats de dades.

Els dispositius memristius combinen el processament d'informació i l'emmagatzematge de memòria en un sol component, de manera similar a com funcionen les neurones biològiques. No obstant això, els memristors desenvolupats fins a la data ofereixen memòria a llarg termini però només permeten accedir a un nombre limitat d'estats electrònics, la qual cosa restringeix el seu ús en computació neuromòrfic. A més, han demostrat ser inestables i poc reproduïbles donant lloc a una gran variabilitat de propietats entre dispositius.

Els dispositius memristius basats en migració iònica presenten fins ara dues grans limitacions que dificulten el seu ús comercial. En primer lloc, necessiten voltatges alts per a funcionar, la qual cosa fa que el sistema consumisca molta energia, siga inestable i que els estats electrònics siguen difícils de controlar. En segon lloc, aquests sistemes no tenen memòria, ja que la informació s'esborra immediatament després de ser escrita, la qual cosa limita severament la seua utilitat pràctica.

Per tant, és fonamental desenvolupar materials avançats que permeten pre-processar dades de manera eficient directament en el sensor o dispositiu de captura amb un baix cost energètic, a més de que presenten una capacitat d'emmagatzematge d'informació adequada per a les tecnologies actual.

Personal investigador de la Universitat de València ha desenvolupat dispositius memristius que solucionen el problema de la baixa conductivitat elèctrica i el limitat temps de retenció d'informació en els sistemes memristius basats en migració iònica. Aquests dispositius permeten posar en pràctica la computació in-memory amb memristors basats en migració iònica, eliminant la separació entre memòria i processament i permetent un sistema amb múltiples estats electrònics accessibles que emulen processos neuronals i aconseguint realitzar operacions de processament i emmagatzematge de manera simultània. Això millora significativament l'eficiència del sistema i redueix la latència en eliminar la necessitat de transferir dades entre unitats de memòria i processadors independents.

El dispositiu memristiu desenvolupat és capaç de processar i retindre informació mitjançant canvis en la conductivitat elèctrica del sistema, controlats per l'historial de voltatge aplicat i pot operar a voltatges més baixos que els memristors ja existents.

A més, gràcies a la seua capacitat de memòria, el sistema desenvolupat no requereix l'aplicació constant de voltatge per a mantindre el seu estat.

Així mateix, la biocompatibilitat tant de la matriu polimèrica orgànica com els materials bidimensionals dels dispositius desenvolupats permet la seua implementació en el mercat de biodispositius. Això permet incloure elements electrònics en teixits biològics per a usar-los com a sensors, marcadors o pròtesis.

La principal aplicació de la tecnologia se centra en el preprocessament d'informació, emulant els processos neurosinàptics del cervell en microelectrònica. En aquest sentit, el seu principal sector d'interés és en el de visió i audició artificial, on permet processar i emmagatzemar informació en el mateix dispositiu, permetent que operen de manera contínua i quasi instantània. Els dispositius memristius es poden utilitzar en:

• sensors neuromòrfics per a visió artificial
• processadors neuromòrfics per a audició artificial
• implants biònics amb memòria integrada
• dispositius Edge Artificial Intelligence (Processament Local)
• serveis de diagnòstic mèdic

Els principals avantatges de la invenció són:

• major eficiència energètica i reducció de costos
• major estabilitat operativa i millora en la mobilitat iònica
• memòria a llarg termini i emmagatzematge eficient de la informació

• Patent sol·licitada