Neurális dinamikával rendelkező memrisztor alapú detektoráramkör megvalósítása
A kutatásom célja egy memrisztor alapú, neuronális dinamikához hasonló elven működő, jeldetektáló áramkör megvalósítása volt, ami zajos jelben feszültségimpulzusok érzékelésére alkalmas. A zajos háttérben történő jelérzékelés sok esetben kihívást jelenthet, hiszen gyakran nem egyszerű elkülöníteni a számunkra hasznos információt hordozó jelet a zavaró háttértől. A feladathoz a zajos háttérben történő neurális tüske detektálásra egy Ta2O5 memrisztort használtunk, kihasználva annak rezisztív kapcsolási tulajdonságát a bemenetén történő feszültségnövekedés miatt. A tüske hatására a nagy ellenállású OFF állapotában előkészített memrisztor kisebb ellenállású ON állapotba kapcsol, így az azon átfolyó áramerősség megnő. Az ellenállásváltozás hátterében a Ta2O5 memrisztor esetén egy nem-illékony módon létrejövő fémes tartomány kialakulása áll, ami a nanoskálájú szigetelő Ta2O5 réteget rövidre zárja a fémes elektródák között. Az áramot egy VO2 memrisztorra kötve azt oszcillációba hozhatjuk, hasznosítva a VO2 memrisztor illékony ellenállásváltozását. Ezzel tulajdonképpen egy neuron-szinapszis kapcsolat feladatát ellátva egy jel detektálását követően egy válaszreakciót produkálunk, ami szintén jelként szolgálhat egy másik, hasonló felépítésű egységnek. Így a zajos háttérbe rejtett neurális tüske jellegű jel detektálását követően ismét egy neurális jellegű jelet generálhatunk. Az összeállítást felhasználhatjuk többek között spiking neural network (SNN) építőegységeként, idegtudományi modellek validálására, illetve ADC alkalmazásokra, mint például az agy-gép interfész hardvereknél használt elektrokortikográfia jelfeldolgozása.
Alkalmazott fizikai munkám során megismerkedtem a memrisztorok alapvető működési hátterével, azok kapcsolási jelenségeinek mérésére kidolgozott mérési-, és minta preparációs eljárásaival és klasszifikációs módjaival. Az alkalmazott memrisztorok irodalomban is fellelhető jellemző karakterisztikáit én is kimértem a gyakorlatban, majd a mérési paramétereket felhasználva szimulációkat futtattam egy neurális dinamikát mutató áramkör megvalósíthatóságáról, annak jellemzőiről. Az áramkörhöz szükséges kapcsolás paramétereit finomhangoltam, majd a témavezetőim segítségével megépítettünk egy szimulációhoz hasonló áramkört a rendelkezésre álló eszközeinkkel. A megvalósított detektor az elvárt neurális dinamikát sikeresen hajtotta végre a tesztek 80%-ánál. A sikertelen kísérletek főként a Ta2O5 nem megfelelő kapcsolása miatt hiúsultak meg. A jövőben tökéletesebb Ta2O5 memrisztor mintákkal szeretném folytatni a detektor további, gyakorlatban is alkalmazható tulajdonságainak vizsgálatát, feltárva annak ipari alkalmazási lehetőségeit.
szerző
-
Kövecs Antal Roland
Fizika alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulensek
-
Molnár Dániel
Doktorandusz, Fizika Tanszék -
Török Tímea Nóra
doktorandusz, Fizika Tanszék
