每一次搜索引擎查询、每一次人工智能生成的文本以及自动驾驶等发展：在人工智能(AI)和大数据时代，计算机和数据中心都会消耗大量能源。相比之下，人类大脑的能源效率要高得多。为了开发受大脑启发的更强大、更节能的计算机，基尔大学(CAU)材料科学和电气工程的一个研究团队现已确定了合适硬件的基本要求。

研究人员确定了受生物启发的信息处理的关键机制和新材料

科学家们开发出了具有与生物神经系统类似的动态行为的材料。他们的研究结果发表在《今日材料》杂志上，可能会在电子系统中产生一种新型的信息处理。

动态处理信息而不是串行处理信息

纳米电子学教授兼1461合作研究中心发言人HermannKohlstedt教授表示：“计算机串行处理信息，而我们的大脑并行且动态地处理信息。这速度更快，消耗的能量更少，例如在模式识别中。”基尔大学神经电子学。

研究人员希望利用大自然作为新电子元件和计算机架构的灵感来源。与传统的计算机芯片、晶体管和处理器不同，它们的设计方式与我们大脑中不断变化的神经元和突触网络类似，能够处理信号。

“但是计算机仍然基于硅技术。尽管硬件在xy方面取得了令人印象深刻的进步，但神经元和突触网络在连接性和鲁棒性方面仍然无与伦比，”材料科学家AlexanderVahl博士说。需要对新材料和新工艺进行研究，以便能够绘制生物信息处理的动态图。

因此，研究小组专注于开发具有与三维生物神经系统类似的动态行为的材料。这里的“动态”是由于材料中原子和粒子的排列可以改变这一事实而产生的。为此，研究人员确定了计算机硬件必须满足的七个基本原则，才能发挥与大脑类似的功能。

例如，其中包括一定程度的可变性：所谓的大脑可塑性是学习或记忆过程的要求。研究人员为此开发的材料满足了其中几个基本原则。然而，满足一切的“终极”材料还不存在。

超越经典硅技术

“当我们将这些材料相互结合或与其他材料结合时，我们为超越传统硅技术的计算机开辟了可能性，”功能纳米材料教授RainerAdelung博士说。“工业和社会需要越来越多的计算能力，但电子产品小型化等策略现在已经达到了标准计算机的技术极限。通过我们的研究，我们希望开辟新的视野。”

举例来说，材料科学博士研究员、该研究的第一作者之一Maik-IvoTerasa描述了该研究团队开发的特殊颗粒网络的不寻常行为。“如果我们以某种方式生产银金纳米颗粒并施加电信号，它们就会表现出特殊的性质。它们的特点是稳定性和电导率快速变化之间的平衡。”同样，当可塑性和稳定性之间达到平衡(称为临界性)时，大脑的工作效果最佳。

在另外三个实验中，研究人员表明，氧化锌纳米粒子和电化学形成的金属丝都可以用于通过振荡器的电输入来改变网络路径。当研究团队耦合这些电路时，它们的电信号偏转随着时间的推移而同步。在有意识的感官知觉中，通过神经元之间交换信息的电脉冲，也会发生类似的情况。