An der TU Ilmenau sind die Forschungen an memristiven Werkstoffen aufgenommen worden. Das Wort „memristiv“ setzt sich zusammen aus „Memory“ für Speicher und „Resistor“ für elektrischer Widerstand.

Bild: Christoph Gorke, TU Ilmenau
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Neuromorphe Systeme Forschungsprojekt zu biologisch inspirierter Elektronik gestartet

09.12.2019

Informationsverarbeitung zwischen Nervenzellen nachbilden: Memristive Materialien machen es möglich. Eine neue Forschergruppe an der TU Ilmenau untersucht nun solche Werkstoffe, um damit biologisch inspirierte Elektronik herzustellen. Diese soll die weltweite Kohlendioxid-Belastung verringern.

Derzeit verbraucht die Hardware, die weltweit in IT-Anwendungen eingesetzt wird, rund ein Drittel der gesamten weltweit produzierten elektrischen Energie. Tendenz stark steigend: Wissenschaftliche Hochrechnungen prognostizieren, dass in rund 15 Jahren die gesamte weltweite Produktion an elektrischer Energie nicht mehr ausreichen wird, um den Leistungsbedarf der IT-Hardware zu decken.

Eine 26-köpfige Forschergruppe an der TU Ilmenau, betreut vom Leiter des Fachgebiets Mikro- und nanoelektronische Systeme Prof. Martin Ziegler, setzt deshalb auf neuromorphe elektronische Systeme. Sie versprechen eine weit höhere Energieeffizienz als heutige Elektroniken.

Biologische Prozesse technisch abbilden

In diesen von der Biologie inspirierten Systemen sind memristive Werkstoffe der zentrale Baustein. Mit ihrem „Gedächtnis“ ermöglichen es diese intelligenten Materialien, Lern- und Gedächtnisprozesse biologischer Systeme technisch nachzubilden.

Wie genau sich das umsetzen lässt, soll nun im Verbundprojekt Memristive Werkstoffe für die neuromorphe Elektronik (MemWerk) untersucht werden. „Wir werden in der Lage sein, die biologischen Paradigmen der Informationsverarbeitung, des Lernens und der Gedächtnisbildung so präzise wie nie zuvor technisch nachzubilden und völlig neue Möglichkeiten für die Informationstechnik schaffen“, stellt Projektleiter Ziegler in Aussicht.

Arbeitsschritte im Forschungsprojekt

In ihrer Arbeit am MemWerk-Projekt werden die Forscher

  • theoretische und experimentelle Werkstoffanalysen durchführen,

  • neuronale Netzwerkstrukturen entwerfen,

  • memristive Werkstoffe entwickeln,

  • elektronische Bauelemente modellieren und herstellen, um damit dann

  • extrem energieeffiziente neuromorphe Schaltkreise zu realisieren.

Zudem soll ein digitales Kartierungssystem für memristive Werkstoffe entwickelt werden. Es setzt die Material-Eigenschaften sowie die technologischen Parameter der Werkstoffsynthese und Bauelemententwicklung in direkten Bezug zu den Charakteristika und Leistungsparametern neuromorpher Schaltkreise. Von diesem Vorgehen versprechen sich die Wissenschaftler, Werkstoffe für neuromorphe Elektronik maßzuschneidern.

Förderung

Die Forschergruppe MemWerk wird ihre Arbeiten im ForLab durchführen. Dabei handelt es sich um ein Labor für neuromorphe Elektronik, das im Institut für Mikro- und Nanotechnologien der TU Ilmenau angesiedelt ist und vom Bundesforschungsministerium im Rahmen des Infrastruktur-Programms Forschungslabore Mikroelektronik Deutschland gefördert wird.

Das Projekt MemWerk selbst wird von der Carl-Zeiss-Stiftung im Rahmen des Programms Durchbrüche mit 4,5 Millionen Euro für fünf Jahre gefördert.

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