Künstliche Neuronen basierend auf einem organischen elektrochemischen Transistor - ArNeBOT

• Antragsteller: Dr. Hans Kleemann; Dr.-Ing. Christian Matthus
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 522208759

ArNeBOT zielt darauf ab, die erste Hardware-Implementierung von fortschrittlichen bio-inspirierten künstlichen Spike-Neuronen (ASNs) auf der Grundlage von organischen elektrochemischen Transistoren (OECT) zu demonstrieren. Wir werden die biomimetischen Eigenschaften von OECTs mit einem physikbasierten Modell beschreiben, das als Ausgangspunkt für die Modellierung fortschrittlicher bioinspirierter Neuronenmodelle auf der Grundlage von Differentialgleichungen dient. Dieses Neuronenmodell wird in einen Schaltkreisentwurf unter Verwendung der komplementären OECT-Technologie mit einer einstellbaren Schwellenspannung umgesetzt. Wir werden zeigen, dass solche Spike-Neuronen komplexe und einstellbare Erregungsmuster (Klasse 1 und Klasse 2) sowie einen geringen Stromverbrauch (Energie pro Spike) aufweisen können. Schließlich werden wir das bio-inspirierte Neuron in ein neuronales Spike-Netzwerk (SNN) integrieren und standardisierte Klassifizierungsaufgaben durchführen (z. B. Herzschlagklassifizierung und Zeitreihenvorhersage), um die Rechenleistung solcher Netzwerke zu unterstreichen. Genauer gesagt definieren wir die folgenden drei Ziele für das Projekt: (1) Verständnis der Bauelementephysik hinter dem biomimetischen Betrieb von OECTs. (2) Implementierung eines fortschrittlichen, bioinspirierten Spike-Neuronen-Modells auf Grundlage eines physikalisch basierten OECT-Modells. (3) Demonstration der ersten Hardware-Implementierung eines bioinspirierten künstlichen Neurons mit einstellbarem Erregungszustand und überlegener Leistungseffizienz.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen