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Millionenschwere Förderung für Bau eines künstlichen Gehirns

Das Gehirn mit seinen rund 100 Milliarden Nervenzellen verarbeitet Sinneseindrücke blitzschnell. Dabei sind die Zellen durch Synapsen vernetzt. Das Hirn zum Vorbild nimmt man sich bei neuromorphen Rechnern. Den dafür nötigen komplexen Verbindungen sind aber mit gängiger Hardware Grenzen gesetzt. Dies zu ändern, daran arbeitet Juniorprofessor Dr. Phillipp Pirro aus Kaiserslautern. Er möchte Informationen mittels Magnonen, den Quantenteilchen der Spinwellen, übertragen. Der Europäische Forschungsrat (ERC) fördert die Arbeiten für fünf Jahre mit einem 1,5 Millionen Euro dotierten ERC Starting Grant.

Juniorprofessor Pirro in seinem Labor. Foto: TUK/view Dr. Phillipp
Juniorprofessor Pirro in seinem Labor. Foto: TUK/view Dr. Phillipp

Mithilfe neuromorpher Computer soll die Datenverarbeitung künftig beschleunigt werden, was etwa für das autonome Fahren wichtig ist. Damit das System reibungsfrei läuft, ist die technische Ausgestaltung der synaptischen Verbindung von Bedeutung. ,,Sie sind sehr komplex, daher ist es schwierig, sie mit gängigen elektronischen Schaltungen zu realisieren", sagt Pirro. Sein Team arbeitet daran, das Problem zu überwinden. Dabei setzt es auf Spinwellen, den kollektiven Anregungen von Spins in einem magnetischen Material. Beim Spin handelt es sich um den Eigendrehimpuls eines Quantenteilchens, etwa bei einem Elektron oder Proton. Er legt damit die Grundlage für magnetische Phänomene. Interessant sind Spinwellen für die Anwendung, da ihre Quantenteilchen, die Magnonen, mehr Informationen transportieren können als Elektronen und dabei weniger Energie verbrauchen. In dem Projekt ,,CoSpiN - Coherent Spintronic Networks for Neuromorphic Computing" sollen sie zum Einsatz kommen, um die Verknüpfung und die Informationsübertragung zu ermöglichen.,,Das Prinzip ähnelt der Breitbands kommunikation, bei der Informationen per Lichtwellen transportiert werden. Wir möchten mit Spinwellen arbeiten, die Informationen auf verschiedenen Frequenzen transportieren können", so Pirro.,,Sie fungieren als Synapsen. Als künstliche Neuronen sollen Nano-Oszillatoren dienen. Das sind winzig kleine Schwingungserzeuger, die Spinwellen aussenden.

Ziel ist es, physikalische Bausteine für ein neues spintronisches Netzwerk im Nanomaßstab zu entwickeln.,,Damit möchten wir den Grundstein für ein künstliches Gehirn legen, das möglichst nah am Vorbild ist", sagt er. Eingebunden ist die Arbeit in den vom Land Rheinland-Pfalz geförderten Profilbereich OPTIMAS (Optik und Materialwissenschaft) und den Sonderforschungsbereich ,,Spin+X - Spin in its collective environment", der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird.