Physikus a Kaiserslautern-i Műszaki Egyetemen millió eurós EU-támogatást kap egy mesterséges agy építéséhez

Juniorprofesszor Dr. Philipp Pirro a Kaiserslautern-i TU-től. (Fotó: TUK/view) / Juniorprofesszor Dr. Philipp Pirro (Fotó: TUK/view)

Aagyvelő körülbelül 100 milliárd idegsejtje gyorsan, másodpercek töredéke alatt dolgozza fel az érzékszervi ingereket. Ezek a sejtek szorosan hálózatba kötöttek szinapszisokon keresztül. A kutatás az agyat mintául veszi neuromorfológiai számítógépek fejlesztéséhez. Az ehhez szükséges összetett kapcsolatok azonban a szokásos hardverrel határok közé szorulnak. Ennek megváltoztatása egy új projekt célja: az információk a mágneses részecskék, a spinhullámok kvantumrészecskéi, segítségével kerülnek továbbításra. A Kaiserslautern-i Műszaki Egyetem juniorprofesszora, Dr. Philipp Pirro az Európai Kutatási Tanácstól (ERC) öt évre szóló, 1,5 millió eurós ERC Starting Grant támogatást kap.

A humán agy rendkívül összetett: az információk szinapszisokon keresztül jutnak el a idegsejtek között. A kutatás az agyat mintául veszi, hogy különösen hatékony számítógépeket, úgynevezett neuromorfológiai számítógépeket építsen. Itt is mesterséges neuronokat kapcsolnak össze mesterséges szinapszisokon keresztül. Ezekkel a számítógépekkel a jövőben jelentősen felgyorsítható az adatfeldolgozás, ami például az önvezető autóknál vagy a komplex adatbázisok mintázatfelismerésénél fontos.

Az ilyen rendszer zökkenőmentes működéséhez a szinaptikus kapcsolatok műszaki kialakítása döntő fontosságú. „Nagyon összetettek, ezért nehéz őket hagyományos elektronikus áramkörökkel megvalósítani” – mondja Dr. Philipp Pirro, aki a TUK-nál a magnetizmus területén kutat.

A Kaiserslautern-i csapat azon dolgozik, hogy ezt a problémát megoldja. Ehhez a spinhullámokra, az anyagban lévő spin-állapotok kollektív gerjesztéseire támaszkodik. A spin az egy kvantumrészecske, például elektron vagy proton saját forgási impulzusa. Ez adja az alapját a mágneses jelenségeknek.

A spinhullámok érdekesek az alkalmazások szempontjából, mert kvantumrészecskéik, a mágneses részecskék, több információt képesek szállítani, mint az elektronok, miközben sokkal kevesebb energiát fogyasztanak.

Az ERC által támogatott „CoSpiN – Coherent Spintronic Networks for Neuromorphic Computing” című projektben a spinhullámokat arra használják, hogy lehetővé tegyék a kapcsolódást és az információátvitelt. „Az elv hasonló a szélessávú kommunikációhoz, ahol az információkat fényhullámok szállítják. Mi spinhullámokkal szeretnénk dolgozni, amelyek különböző frekvenciákon képesek információt szállítani” – mondja Pirro. „Ők úgy működnek, mint a szinapszisok.” Mesterséges neuronokként nanoméretű oszcillátorokat alkalmaznak, amelyek a spinhullámokat sugározzák.

Cél, hogy fizikai építőelemeket fejlesszenek ki egy új típusú spintronikus hálózat számára nanoméretben. „Ezzel szeretnénk megteremteni egy mesterséges agy alapjait, amely a lehető legközelebb áll a természetes mintához” – mondja a Kaiserslautern-i fizikus. Egy ilyen technológiával a jövőben gyorsabb és nagyobb teljesítményű számítógépek készíthetők.

A munkálatok az új LASE (Laboratórium a fejlett spintechnológia számára) kutatóépületben zajlanak a TUK campusán. Pirro kutatása beépül az ország által támogatott OPTIMAS (Optika és Anyagtudomány) profilterületbe és a Deutsche Forschungsgemeinschaft által támogatott „Spin+X – Spin in its collective environment” (SFB/TRR 173) különleges kutatási területbe.

Kérdésekre válaszol:
Dr. Philipp Pirro juniorprofesszor
Magnetizmus Tanszék / TU Kaiserslautern
Telefon: 0631 205 4092
E-mail: ppirro[at]rhrk.uni-kl.de