Nieuws

Neuraal netwerkend nanogoud

Arjen Dijkgraaf |
Arbeidsmarkt, Carrière & Opleiding, Computational chemistry, Microbiologie, Nanotechnologie

Leg een klontje nanogouddeeltjes op een aantal elektrodes en je kunt het laten evolueren naar elke Booleaanse logische schakeling die je hebben wilt. Uiteindelijk moet je zo complete neurale netwerken kunnen kweken op gestandaardiseerde hardware, suggereert een Twentse publicatie in Nature Nanotechnology.

Het persbericht spreekt van ‘Darwin op een chip’, wat de gemiddelde life scientist behoorlijk op het verkeerde been zal zetten.

Zo’n klontje bestaat uit enkele tientallen deeltjes met een diameter van 20 nm. Ze worden bij elkaar gehouden door een dun laagje 1-octaanthiol, dat ze tevens elektrisch van elkaar isoleert.

Zulke deeltjes vertonen sterk niet-lineair gedrag, legt laatste auteur Wilfred van der Wiel uit. Ze gedragen zich als single electron transistor (SET):“Als je er een extra elektron op wilt zetten, wordt dat tegengewerkt door de Coulombkrachten van de elektronen die er al zitten. Bij een grote klomp goud merk je dat niet maar bij heel kleine bolletjes gaat dit een sterke rol spelen. Onder invloed van een oplopend potentiaalverschil zie je dat stapsgewijs telkens één extra elektron wordt toegelaten.”

Binnen zo’n klontje kunnen de deeltjes de extra elektronen aan elkaar doorgeven, via ‘tunneling’ door het octaanthiol heen. Óf en hoe vaak dat gebeurt hangt af van de onderlinge potentiaalverschillen.

Om die laatste te variëren leg je een klontje op een ondergrond met acht elektrodes in stervorm. Twee daarvan dienen als ingang, één dient als uitgang en op de overige vijf zet je een instelbare spanning. De elektrodes liggen op een sterk gedoteerde silicium-ondergrond, en ook daar zet je een spanning op. Die zes instelbare spanningen worden in de publicatie aangeduid als ‘genen’, die samen een ‘genoom’ vormen.

Het idee is nu om spanningspulsen op de inputelektrodes te zetten en net zolang de zes ‘genen’ te variëren totdat je het juiste outputsignaal te pakken hebt. Bijvoorbeeld een AND-signaal waarbij je alleen output ziet bij een signaal op beide inputkanalen tegelijk, of XNOR waarbij ze allebei aan óf allebei uit moeten staan.

In Twente hebben ze een evolutionair algoritme ontwikkeld dat iteratief naar het gewenste resultaat toe werkt. Het leuke is dat het vrijwel altijd blijkt te lukken. En is de logische schakeling eenmaal ingesteld, dan is ze verrassend robuust.

De geometrie van het netwerk van goudklontjes is volkomen willekeurig, en voor elk exemplaar moet je dus het ‘evolutieproces’ helemaal opnieuw doorlopen. Maar volgens Van der Wiel is dat juist een voordeel. Je kunt nu immers chips vol nanoklontjes-op-elektrodes produceren en dan achteraf pas bepalen welk klontje welke functionaliteit krijgt binnen het complete neurale netwerk. Mocht er ergens iets defect zijn, dan werkt de rest daar vanzelf omheen.

Nadeel is wel dat het in de huidige vorm alleen werkt bij temperaturen vlak boven het absolute nulpunt. Maar volgens Van der Wiel zijn bepaalde schakelingen ook al gelukt bij de temperatuur van vloeibare stikstof en moet het theoretisch ook kunnen bij kamertemperatuur, mits je de nanodeeltjes nog veel kleiner maakt: “Denk dan aan moleculaire schaal, iets van 1 tot 1,5 nm.” De elektrodes mee verkleinen wordt volgens hem dan wel een uitdaging.

Overigens denkt hij nog héél ver van de menselijke hersenen af te zitten, al vormde dat netwerk van niet-lineair opererende zenuwcellen wel de bron van inspiratie.

bron: Universiteit Twente

Deel deze pagina

Masterclass Business Development & Innovation in Life Sciences:
d
onderdag 26 januari in Utrecht.

Bestel nu GRATIS 2 proefnummers C2W

Bestel nu GRATIS 2 proefnummer C2W

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je aan voor de nieuwsbrief en blijf op de hoogte van het laatste nieuws van C2W.

Meld je nu aan!

Word abonnee/lid

Sluit nu een abonnement af of word lid van de KNCV en ontvang elke week het laatste nieuws, digitaal of op papier. 

Sluit nu een abonnement af!

Naar boven