O fa'amatalaga fa'akomepiuta i le lalolagi moni e mana'omia ai faiga fa'akomupiuta laititi, maualalo, ma maualalo le malosi. Fa'atasi ai ma le fa'atupuina o mea e mafai ona fa'aogaina, o mea fa'apipi'i u'amea-oxide-semiconductor hybrid memristive neuromorphic architectures e maua ai se fa'avae fa'aauupega lelei mo ia galuega. Ina ia fa'aalia le gafatia atoatoa o ia faiga, matou te tu'uina atu ma fa'ata'ita'i fa'ata'ita'iga se fofo fa'atino fa'aogaina o masini fa'apitoa mo le fa'aogaina o mea moni i le lalolagi. O le fa'aosoina o musumusuga mai le neuroanatomy o le lulu, ua matou atina'e ai se faiga fa'a-localization mea e fa'aolaola, fa'atupu mea e tu'ufa'atasia ai se piezoelectric micromechanical transducer transducer fa'atasi ma le mafaufau fa'atatau i le neuromorphic fa'akomepiuta. Matou te faʻaalia fua o se faiga faʻapipiʻi e aofia ai se suʻesuʻega faʻafuaseʻi e faʻatatau i manatuaga, faʻatuai laina laina, ma se faʻaliliuina ultrasonic atoatoa. Matou te faʻaogaina nei faʻataʻitaʻiga faʻataʻitaʻiga e faʻavasega faʻataʻitaʻiga i le tulaga o le faiga. O nei faʻataʻitaʻiga o loʻo faʻaaogaina e iloilo ai le faʻaogaina o le angular ma le malosi o le faʻataʻitaʻiga o mea. O fa'ai'uga o lo'o fa'aalia ai o la tatou faiga e mafai ona tele fa'atonuga o le tele e sili atu le malosi nai lo microcontrollers o lo'o faia le galuega lava e tasi.
O lo'o tatou ulufale atu i se vaitau o komipiuta i soo se mea o loʻo faʻateleina ai le numera o masini ma faiga faʻapipiʻi e fesoasoani ia i tatou io tatou olaga i aso uma. O nei faiga e faʻamoemoe e faʻaauau pea, faʻaaogaina le mana itiiti pe a mafai aʻo aʻoaʻoina e faʻamatalaina faʻamatalaga latou te aoina mai le tele o masini i le taimi moni ma maua ai galuega binary e mafua mai i le faʻavasegaina poʻo le faʻalauiloaina o galuega. O se tasi o laasaga sili ona taua e manaʻomia e ausia ai lenei sini o le suʻeina lea o faʻamatalaga aoga ma faʻatusatusa mai faʻamatalaga pisa ma masani ona le atoatoa. O faiga fa'ainisinia masani e masani lava ona fa'ata'ita'i fa'ailo fa'amau i se fua fa'aauau ma maualuga, fa'atupuina le tele o fa'amaumauga tusa lava pe leai ni mea aoga. E le gata i lea, o nei metotia e faʻaogaina ai auala lavelave e faʻaogaina ai faʻailoga faʻailoga e muaʻi faʻagasolo ai faʻamatalaga (masani pisa). Nai lo lena, o le biology e ofoina atu isi fofo mo le faʻaogaina o faʻamatalaga lagona pisa e faʻaaoga ai le malosi-lelei, asynchronous, auala faʻaosoina mea e tutupu (spike)2,3. O le neuromorphic computing e manaʻomia ai musumusuga mai faiga faʻapitoa e faʻaitiitia ai tau faʻatusatusa i tulaga o le malosi ma manaʻoga manaʻomia pe a faʻatusatusa i metotia faʻailoga masani4,5,6. Talu ai nei, na faʻaalia ai faiga faʻavae o faiʻai fou e faʻaogaina ai fesoʻotaʻiga neural (TrueNorth7, BrainScaleS8, DYNAP-SE9, Loihi10, Spinnaker11) ua faʻaalia. O nei masini e maua ai le malosi maualalo, faʻafitauli maualalo mo le aʻoaʻoina o masini ma le faʻataʻitaʻiga o le cortical circuit. Ina ia faʻaaogaina atoatoa lo latou malosi malosi, o nei neuromorphic processors e tatau ona fesoʻotaʻi saʻo i mea e faʻaosoina mea e tutupu12,13. Ae ui i lea, i aso nei e naʻo ni nai masini paʻi e tuʻuina saʻo mai faʻamatalaga faʻatautaia. O faʻataʻitaʻiga iloga o masini vaʻaia malosi (DVS) mo faʻamatalaga vaʻaia e pei o le suʻeina ma le suʻesuʻeina o gaioiga14,15,16,17 le silicon cochlea18 ma neuromorphic auditory sensors (NAS)19 mo le faʻaogaina o faailoilo suʻega, olfactory sensors20 ma le tele o faʻataʻitaʻiga21,22 o le paʻi. . mea fa'apipi'i.
I totonu o lenei pepa, matou te tuʻuina atu se faiga faʻataʻitaʻiga faʻataʻitaʻiga faʻataʻitaʻi fou e faʻaaogaina mo le faʻaogaina o mea. O iinei, mo le taimi muamua, matou te faʻamatalaina se faiga faʻaiʻuga mo le faʻaogaina o mea e maua e ala i le faʻafesoʻotaʻi o se piezoelectric micromachined ultrasonic transducer (pMUT) faʻaonaponei faʻatasi ma se kalafi faʻatulagaina e faʻavae i luga ole neuromorphic resistive memory (RRAM). I-memory computing architectures e faʻaaoga ai le RRAM o se fofo faʻamaonia mo le faʻaitiitia o le faʻaaogaina o le eletise23,24,25,26,27,28,29. O lo latou le fa'aogaina-e le mana'omia le fa'aogaina o le malosi e teu pe fa'afouina fa'amatalaga-o se fetaui lelei ma le asynchronous, fa'aoso-fa'atupu natura o le neuromorphic computing, e iu ai i le-leai se mana faʻaaogaina pe a le aoga le faiga. Piezoelectric micromachined ultrasonic transducers (pMUTs) e taugofie, miniaturized silicon-based ultrasonic transducers e mafai ona avea ma transmitters ma receivers30,31,32,33,34. Ina ia faʻagasolo faʻailoga na maua e masini faʻapipiʻi, matou te maua musumusuga mai le neuroanatomy owl owl35,36,37. O le lulu fale o le Tyto alba e lauiloa ona o le ofoofogia o le tulituliloaina o le po faʻafetai i le faʻaogaina lelei o suʻega suʻega. Ina ia fa'atatauina le nofoaga o lo'o i ai manu'ai, o lo'o fa'avasegaina e le lulu fale le taimi o le lele (ToF) pe a o'o atu galu leo mai manu'ai i taliga ta'itasi o le lulu po'o le leo. Tuuina atu le mamao i le va o taliga, o le eseesega i le va o le ToF fua e lua (Interaural Time Difference, ITD) e mafai ai ona faʻavasegaina le tulaga o le azimuth o le sini. E ui ina le fetaui lelei faiga fa'aola i le fo'ia o fa'atusa algebra, e mafai ona latou fo'ia fa'afitauli fa'alenu'u ma le lelei. O lo'o fa'aogaina e le lulu falesa se seti o su'esu'ega fa'afuase'i (CD) 35 neurons (fa'atusa, neu e mafai ona iloa fa'atasiga fa'aletino i le va o spikes e fa'asolo atu i lalo i fa'ai'uga fa'afiafia fa'atasi)38,39 fa'atulagaina i kalafi fa'atulagaina e foia ai fa'afitauli fa'atulagaina.
O suʻesuʻega talu ai ua faʻaalia ai o meafaigaluega faʻapipiʻi metal-oxide-semiconductor (CMOS) ma meafaigaluega neuromorphic faʻavae RRAM e musuia e le colliculus maualalo ("suʻesuʻe cortex") o le lulu o se auala lelei mo le fuafuaina o le tulaga e faʻaaoga ai le ITD13, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46. Ae ui i lea, o le gafatia o faiga neuromorphic atoatoa e fesoʻotaʻi faʻataʻitaʻiga suʻega i le neuromorphic computational graphs e leʻi faʻaalia. O le fa'afitauli autu o le fesuisuia'i fa'aletino o ta'aloga CMOS analog, lea e a'afia ai le sa'o o le su'esu'ega. Talu ai nei, na faʻaalia ai isi faʻatinoga numera o faʻatusatusaga ITD47. I totonu o lenei pepa, matou te fautua atu e faʻaaoga le gafatia o le RRAM e suia ai le tau o le amio i se auala e le faʻafefeteina e faʻafefe ai le fesuiaiga i le analog circuits. Na matou fa'atinoina se faiga fa'ata'ita'iga e aofia ai le tasi pMUT transmitting membrane o lo'o fa'agaoioia ile 111.9 kHz, lua pMUT receiving membranes (sensors) simulating barn owl owl, ma le tasi . Na matou fa'ata'ita'iina le pMUT detection system ma le RRAM-based ITD computational graph e fa'ata'ita'i ai le matou localization system ma iloilo lona fa'ai'uga pito.
Matou te faʻatusatusa la matou metotia ma se faʻaogaina numera i luga o se microcontroller o loʻo faʻatinoina le galuega faʻapitoa e faʻaaoga ai le faʻaogaina masani poʻo le neuromorphic auala, faʻapea foʻi ma le faʻaogaina o le faitotoa faʻapipiʻi (FPGA) mo le ITD fua faʻatatau i le faʻamatalaga. 47. O lenei faʻatusatusaga o loʻo faʻamaonia ai le malosi faʻatauvaʻa o le RRAM-based analog neuromorphic system.
O se tasi o faʻataʻitaʻiga sili ona mataʻina o se faʻaoga saʻo ma lelei mea faʻapitoa e mafai ona maua ile fale owl35,37,48. I le afiafi ma le vaveao, o le lulu fale (Tyto Alba) e faʻalagolago tele i le faʻalogo faʻalogo, ma le suʻeina o tamaʻi manu e pei o vole poʻo isumu. E mafai e nei tagata tomai faapitoa su'etusi ona fa'aogaina fa'ailoga su'etusi mai manu fa'atasi ma le sa'o maofa (e tusa ma le 2°)35, e pei ona fa'aalia i le Ata 1a. E fa'ailoa mai e lulu fale le nofoaga o puna leo i le va'alele azimuth (tutusa) mai le eseesega i le taimi o le lele mai (ITD) mai le puna leo i taliga e lua. O le ITD computational mechanism na faʻatulagaina e Jeffress49,50 lea e faʻalagolago i neural geometry ma manaʻomia ni vaega autu se lua: o se axon, o le neura o le neura o loʻo galue e pei o se laina tuai, ma se faʻasologa o mea faʻapitoa e iloa ai neu ua faʻatulagaina i totonu o se faiga faʻatusatusa. kalafi e pei ona fa'aalia i le Ata 1b. E o'o le leo i le taliga ma le azimuth dependent time delay (ITD). Ona liua lea o le leo e avea ma se spike pattern i taliga taitasi. O axons o le taliga agavale ma le taumatau e fai ma laina tuai ma faʻapipiʻi i luga o neu CD. O le talitonuga, e na'o le tasi le neu i totonu o se fa'asologa o neu fa'afetaui o le a maua fa'aoga i le taimi (pe a fa'ate'a tonu le fa'atuai) ma o le a fa'amu tele (o sela tuaoi o le a mu foi, ae i se taimi maualalo). O le faʻagaoioia o nisi o neu e faʻapipiʻi ai le tulaga o le taulaiga i le avanoa e aunoa ma le toe faʻaliliuina o le ITD i tulimanu. O lenei manatu o loʻo aoteleina i le Ata 1c: mo se faʻataʻitaʻiga, afai o le leo e sau mai le itu taumatau pe a alu le faailo mai le taliga taumatau i se auala umi atu nai lo le ala mai le taliga agavale, e totogi ai le numera o ITDs, mo se faʻataʻitaʻiga, pe a fetaui le neuron 2. I se isi faaupuga, e tali atu CD taʻitasi i se ITD patino (faʻapitoa foi o le tuai sili) ona o le tuai o le axonal. O le mea lea, o le faiʻai e liua faʻamatalaga faʻaletino i faʻamatalaga faʻafanua. O faʻamaoniga faʻapitoa mo lenei masini ua maua37,51. O le vaega o lo'o lokaina macronucleus neurons e teuina fa'amatalaga fa'aletino e uiga i leo o lo'o sau: e pei ona ta'u mai e lo latou igoa, latou te fa'amu i ni vaega fa'ailoga. E mafai ona maua i totonu o le laminar core le faʻataʻitaʻiga Jeffress faʻataʻitaʻiga. Latou te mauaina faʻamatalaga mai neurons macronuclear, o latou axons e fai ma laina tuai. O le aofaʻi o le faʻatuai e tuʻuina atu e le laina faʻatuai e mafai ona faʻamatalaina i le umi o le axon, faʻapea foʻi ma le isi mamanu myelination e suia ai le saoasaoa o le faʻaogaina. Fa'aosoina e le su'ega su'ega a le lulu fale, ua matou fa'atupuina ai se faiga fa'aolaola mo le fa'avasegaina o mea. O taliga e lua o loʻo faʻatusalia e lua pMUT receivers. O le puna leo o le pMUT transmitter o loʻo i le va oi latou (Fig. 1a), ma o le kalafi faʻatulagaina e faia e se faʻasologa o le RRAM-based CD circuits (Fig. 1b, lanumeamata), o loʻo taʻalo i le matafaioi a CD neurons o loʻo faʻatuai ona faʻaoga. e ala i le taamilosaga, o laina tuai (lanumoana) e pei o axons i le mea ola. O le fa'atonuga fa'alogona e 'ese'ese i le fa'agaoioia o taimi mai le lulu, o lana su'ega su'ega o lo'o fa'agaoioia i le 1-8 kHz, ae o pMUT masini e fa'agaoioi ile 117 kHz o lo'o fa'aogaina i lenei galuega. Ole filifiliga ole ultrasonic transducer e iloiloina e tusa ai ma tulaga faʻapitoa ma faʻatonuga. Muamua, o le fa'atapula'aina o le bandwidth maua i se taimi e tasi e fa'aleleia atili ai le sa'o o fua ma fa'afaigofieina le la'asaga pe a mae'a fa'agasologa. E le gata i lea, o le gaioiga i le ultrasound o loʻo i ai le avanoa e le faʻalogoina ai pulupulu faʻasalalau, o lea aua le faʻalavelaveina tagata, talu ai o latou suʻega suʻega e ~ 20-20 kHz.
e maua e le lulu pa'u galu leo mai le taula'iga, i le tulaga lea e fealua'i ai manu. Ole taimi ole lele (ToF) ole galu leo e ese mo taliga ta'itasi (se'i vagana ua tu sa'o le manu i luma ole lulu). O le laina togitogi o loʻo faʻaalia ai le ala e ui ai galu e oʻo atu i taliga o le lulu fale. Prey e mafai ona sa'o localized i le vaalele faalava e faavae i luga o le eseesega umi i le va o auala acoustic e lua ma le eseesega taimi interaural tutusa (ITD) (ata agavale musuia e ref. 74, puletaofia 2002, Sosaiete mo Neuroscience). I totonu o la matou polokalama, o le pMUT transmitter (lanu moana lanumoana) e faʻatupuina galu leo e fiti mai le sini. O galu o le ultrasound atagia e maua e lua pMUT receivers (lanumeamata lanumeamata) ma faʻagasolo e le neuromorphic processor (taumatau). b O se fa'ata'ita'iga fa'akomepiuta ITD (Jeffress) e fa'amatala ai pe fa'afefea ona fa'aigoa muamua leo o lo'o ulu atu i taliga o le lulu fale e pei o ni fa'ailo loka i le nucleus tele (NM) ona fa'aogaina lea o se fa'asologa fa'avasega fa'atusa o neu fa'apipi'i fa'afetaui i totonu ole lamellar nucleus. Processing (Netherlands) (agavale). Fa'ata'ita'iga o le kalafi fa'akomipiuta a le neuroITD e tu'ufa'atasia ai laina tuai ma neu su'esu'e fa'afuase'i, e mafai ona fa'ata'ita'iina le faiga o le biosensor lulu e fa'aaoga ai le RRAM-based neuromorphic circuits (taumatau). c Fuafuaga o le masini autu Jeffress, ona o le eseesega i le ToF, o taliga e lua e maua le leo faaosofia i taimi eseese ma auina atu axons mai pito uma e lua i le detector. O axons o se vaega o se fa'asologa o mea e iloa fa'afuase'i (CD) neu, o ia mea ta'itasi e tali fa'apitoa i mea e fa'atatau i le taimi. O le i'uga, e na'o CD o latou mea fa'aoga e taunu'u mai ma le la'ititi la'ititi o le eseesega o le taimi e matua'i fa'afiafiaina (ITD o lo'o tauia tonu). O le CD o le a fa'ailogaina le tulaga angular o le sini.
Piezoelectric micromechanical ultrasonic transducers o scalable ultrasonic transducers e mafai ona tuʻufaʻatasia ma le CMOS tekonolosi31,32,33,52 ma e maualalo le eletise muamua ma le faʻaaogaina o le eletise nai lo transducers volumetric masani53. I la matou galuega, o le lautele o le membrane o le 880 µm, ma o le faʻasologa o le resonant e tufatufaina i le va o le 110-117 kHz (Fig. 2a, vaʻai Metotia mo faʻamatalaga). I se vaega o masini su'ega e sefulu, o le averesi o tulaga lelei e tusa ma le 50 (fa'aaliga 31). O le tekonolosi ua o'o i le matua o fale gaosi oloa ma e le'o fa'aolaola i se tasi. O le tu'ufa'atasia o fa'amatalaga mai ata eseese o le pMUT ose auala lauiloa, ma e mafai ona maua fa'amatalaga fa'ailo mai pMUTs e fa'aaoga ai, mo se fa'ata'ita'iga, faiga fa'alava31,54. Ae ui i lea, o le faʻagasologa o faʻailoga e manaʻomia e aveese mai ai faʻamatalaga tulimanu e le talafeagai mo le maualalo o le malosi. O le faiga fa'atulagaina e tu'ufa'atasia ai le neuromorphic data preprocessing circuit pMUT ma le RRAM-based neuromorphic computing graph na musuia e le Jeffress model (Ata 2c), e maua ai se isi mea e fa'aogaina ai le malosi ma le fa'aogaina o punaoa. Na matou faia se faʻataʻitaʻiga lea na tuʻuina ai masini pMUT e lua pe a ma le 10 cm le va e faʻaogaina ai leo ToF eseese na maua e le lua mauaina. E tasi le pMUT e fai ma transmitter e nofo i le va o tagata e taliaina. O le sini o se ipu PVC 12 cm le lautele, o loʻo tu i le mamao D i luma o le masini pMUT (Fig. 2b). E fa'amauina e le tagata fa'alogo le leo o lo'o atagia mai le mea ma fa'agaoioi i le tele e mafai ai a'o alu le galu. Toe fai le fa'ata'ita'iga e ala i le suia o le tulaga o le mea, fa'atatau i le mamao D ma le tulimanu θ. Fa'aosofia e se so'oga. 55, matou te tuʻuina atu se neuromorphic muaʻi faʻagasologa o faailoilo mataʻutia pMUT e faʻaliliu ai galu faʻaalia i luga o tumutumu e faʻapipiʻi ai se kalafi faʻasologa o le neuromorphic. O le ToF e fetaui ma le maualuga maualuga o loʻo maua mai i laina taʻitasi e lua ma faʻailogaina e pei o le taimi tonu o tumutumu taʻitasi. I luga o le fig. 2c o loʻo faʻaalia ai le matagaluega e manaʻomia e faʻafesoʻotaʻi ai le pMUT sensor ma se kalafi faʻatulagaina RRAM: mo taʻitasi o le pMUT e lua, o le faʻailoga mata e faʻapipiʻiina e faʻalelei, faʻasaʻo, ona pasi atu lea i le integrator leaky i le faʻatoʻilaloina faiga. o le fa'ailoga malosi (Fig. 2d) e fa'atupuina ai se mea na tupu (spike) ma fana (LIF) neuron: o le taimi fa'apipi'i gaosiga e fa'ailoga le taimi va'alele iloa. Ole la'asaga o le LIF e fa'atatau ile tali pMUT, ma fa'aitiitia ai le fesuiaiga ole pMUT mai lea masini i lea masini. Faatasi ai ma lenei faiga, nai lo le teuina o le galu leo atoa i le mafaufau ma faʻagasolo mulimuli ane, matou te faʻatupuina se tumutumu e fetaui ma le ToF o le galu leo, lea e fausia ai le faʻaoga i le kalafi faʻatusatusaga manatua. E tu'u sa'o atu tui i laina tuai ma fa'atutusa ma mata'itusi fa'afetaui i kalafi fa'asologa o le neuromorphic. Talu ai e auina atu i faitotoa o le transistors, e le manaʻomia se faʻaopoopoga faʻaopoopoga (silasila i le Ata Faʻaopoopo 4 mo faʻamatalaga). Ina ia iloilo le saʻo saʻo o le localization na tuʻuina mai e le pMUT ma le metotia faʻatulagaina o faailoilo, matou te fuaina le ITD (o lona uiga, o le eseesega i le va o mea pito i luga na faia e ni tagata e lua) ona o le mamao ma le tulimanu o le mea e fesuisuiai. O le suʻesuʻega a le ITD na faʻaliliuina i tulimanu (silasila i Metotia) ma faʻatatau i le tulaga o le mea: o le le mautonu i le ITD fuaina na faʻateleina i le mamao ma le faʻailoga i le mea (Fig. 2e, f). O le fa'afitauli autu o le maualuga-i-piso fua (PNR) i le tali pMUT. O le mamao o le mea, o le faʻaitiitia o le faʻailoga acoustic, ma faʻaitiitia ai le PNR (Fig. 2f, laina lanumeamata). O le faʻaitiitia o le PNR e taʻitaʻia ai le faʻateleina o le le mautonu i le faʻatusatusaga o le ITD, e mafua ai le faʻateleina o le saʻo o le localization (Fig. 2f, laina lanumoana). Mo se mea i le mamao o le 50 cm mai le transmitter, o le angular saʻo o le faiga e tusa ma le 10 °. O lenei tapulaʻa tuʻuina atu e uiga o le sensor e mafai ona faʻaleleia. Mo se faʻataʻitaʻiga, o le mamafa na lafoina e le emitter e mafai ona faʻateleina, ma faʻapupulaina ai le voltage e ave ai le pMUT membrane. O le isi fofo e faʻalauteleina ai le faʻailoga faʻasalalau o le faʻafesoʻotaʻi lea o le tele o transmitters 56. O nei fofo o le a faʻateleina ai le vaʻaia o le vaʻaia i le faʻaaluina o le tau o le malosi. E mafai ona faia ni fa'aleleia atili i le itu e maua ai. E mafai ona fa'aitiitia tele le fola o le leo o le pMUT e ala i le fa'aleleia atili o le feso'ota'iga i le va o le pMUT ma le fa'aulu o le la'asaga muamua, lea o lo'o faia nei i feso'ota'iga uaea ma uaea RJ45.
se Ata o se tioata pMUT ma ono 880 µm membranes ua tuʻufaʻatasia i le 1.5 mm pitch. b Ata o le seti fua. O le faʻamoemoe o loʻo tu i le tulaga azimuth θ ma le mamao D. O le pMUT transmitter e faʻatupuina se faailoilo 117.6 kHz e oso ese mai le sini ma oʻo atu i le lua pMUT receivers ma eseese taimi-o-vaalele (ToF). O lenei eseesega, o loʻo faʻamatalaina o le vaeluaga o le taimi i le va o le taliga (ITD), e faʻapipiʻiina le tulaga o se mea ma e mafai ona faʻatatauina i le faʻatusatusaina o le tali maualuga o masini e lua. c Fa'ata'ita'iga o la'asaga a'o le'i fa'agaioiina mo le fa'aliliuina o le fa'ailoga mata'utia o le pMUT i fa'asologa fa'asolosolo (ie fa'aoga i le kalafi fa'asologa o le neuromorphic). O le pMUT sensors ma le neuromorphic computational graphs ua faʻapipiʻiina ma faʻataʻitaʻiina, ma o le neuromorphic pre-processing e faʻavae i luga o faʻataʻitaʻiga polokalama. d Tali a le pMUT membrane i le mauaina o se faailo ma lona suiga i se vaega spike. u Fa'ata'ita'iga fa'asinomaga le sa'o sa'o o le fa'atatau o mea fa'atatau (Θ) ma le mamao (D) i le mea fa'atatau. O le auala e fa'aaogaina ai le ITD e mana'omia ai se fa'ai'uga pito la'ititi e tusa ma le 4°C. f Sa'o sa'o (laina lanumoana) ma le fua faatatau pito i luga i le pisa (laina lanumeamata) ma le mamao o mea mo le Θ = 0.
Resistive memory e teuina faʻamatalaga i se tulaga e le faʻafefeteina. O le mataupu faavae o le auala o le fesuiaiga o mea i le tulaga atomic e mafua ai se suiga i lona conductivity eletise57. O iinei matou te faʻaogaina ai se faʻamaufaʻailoga e faʻavae i le oxide e aofia ai le 5nm layer o le hafnium dioxide faʻapipiʻi i le va o luga ma lalo o titanium ma titanium nitride electrodes. O le conductivity o masini RRAM e mafai ona suia e ala i le faʻaogaina o se galu o loʻo i ai nei / voltage e faʻatupu pe motusia ai filaments conductive o avanoa okesene i le va o electrodes. Na matou tu'ufa'atasia ia masini58 i se faiga masani 130 nm CMOS e fatu ai se fa'asologa o le neuromorphic toe fa'afouina e fa'atino ai se su'esu'ega fa'afuase'i ma se laina fa'atuai (Fig. 3a). O le natura le mautonu ma analog o le masini, tuʻufaʻatasia ma le natura faʻaosoina o le neuromorphic circuit, faʻaitiitia le faʻaaogaina o le eletise. O le matagaluega e i ai se galuega vave i luga / tape: e galue vave pe a uma ona ki, faʻatagaina le paoa e tape atoa pe a le aoga le matagaluega. O poloka faufale autu o le polokalame fuafuaina o loʻo faʻaalia i le ata. 3b. E aofia ai le N tutusa-resistor single-transistor (1T1R) fausaga e faʻapipiʻi mamafa synaptic lea e ave ai galu mamafa, tui i totonu o le synapse masani o se paʻu eseese integrator (DPI) 59, ma mulimuli ane tui i totonu o le synaps ma faʻatasi ma. liki. fa'agaoioia (LIF) neuron 60 (silasila Metotia mo fa'amatalaga). O faʻalavelave faʻapipiʻi o loʻo faʻaogaina i le faitotoa o le fausaga 1T1R i le tulaga o se faasologa o pulupulu eletise ma se umi i luga o le faasologa o le selau o nanoseconds. E mafai ona tu'u le manatua tetee i se tulaga maualuga (HCS) e ala i le fa'aogaina o se fa'amatalaga lelei i fafo i le Vtop pe a fa'amauina le Vbottom, ma toe fa'afo'i i se tulaga maualalo (LCS) e ala i le fa'aogaina o se voltage lelei i le Vbottom pe a fa'amauina Vtop. O le averesi tau o le HCS e mafai ona pulea e ala i le faatapulaaina o le polokalame o loo i ai nei (tausi) o le SET (ICC) e ala i le faitotoa-puna voltage o le faasologa transistor (Fig. 3c). O galuega a le RRAM i le matagaluega e lua: latou te taʻitaʻia ma mamafa le faʻaogaina o pulu.
Fa'ata'ita'iina le fa'aeletonika microscope (SEM) ata o se masini HfO2 1T1R RRAM lanumoana fa'atasi i le 130 nm CMOS tekonolosi fa'atasi ai ma transistors filifili (650 nm lautele) i le lanu meamata. b Fa'avae fa'avae o le fuafuaga neuromorphic schema. O pulupulu eletise (peaks) Vin0 ma Vin1 o loʻo faʻaaogaina le Iweight o loʻo iai nei, lea e faʻatusatusa i le taʻavale G0 ma le G1 o le fausaga 1T1R. Ole taimi nei e tui ile DPI synapses ma faʻaosofia ai le LIF neurons. RRAM G0 ma G1 o loʻo faʻapipiʻiina i le HCS ma le LCS. c Fa'atinoga o le fa'aputuga fa'atupu fa'atasiga mo se vaega o 16K RRAM masini e avea o se galuega o le ICC fa'afetaui i le taimi nei, lea e pulea lelei le tulaga fa'aulu. d Fua fa'atatau i le (a) fa'aalia ai o le G1 (i le LCS) e poloka lelei le fa'aoga mai le Vin1 (lanu meamata), ma e moni lava o le voluma o le membrane o le neu ua na'o le tali lanumoana mai Vin0 e tali atu. O le RRAM e fuafua lelei fesoʻotaʻiga i le matagaluega. u Fuaina o le ta'amilosaga i totonu (b) fa'aalia le a'afiaga o le tau o le conductance G0 i luga o le membrane volivi Vmem ina ua uma ona fa'aogaina se pulupulu voltage Vin0. O le tele o le amio, o le malosi foi lea o le tali: o le mea lea, o le masini RRAM e faʻaaogaina le mamafa o fesoʻotaʻiga I / O. Na faia fua i luga o le matagaluega ma faʻaalia le lua galuega a le RRAM, faʻaogaina ma le mamafa o pulupulu faʻaoga.
Muamua, talu ai e lua tulaga faʻavae (HCS ma LCS), e mafai e RRAMs ona poloka pe misia pulupulu faʻaoga pe a latou i totonu o le LCS poʻo le HCS setete, i le faasologa. O le iʻuga, e fuafua lelei e le RRAM fesoʻotaʻiga i le matagaluega. O le fa'avae lea mo le mafai ona toe fa'aleleia le fausaga. Ina ia faʻaalia lenei mea, o le a matou faʻamatalaina se faʻataʻitaʻiga faʻataʻitaʻiga faʻataʻitaʻiga o le poloka matagaluega ile Ata 3b. O le RRAM e fetaui ma le G0 o loʻo faʻapipiʻiina i le HCS, ma le RRAM G1 lona lua o loʻo faʻapipiʻiina i le LCS. E fa'aoga pulusi fa'aoga i Vin0 ma Vin1. O aʻafiaga o faʻasologa e lua o pulupulu faʻapipiʻi na suʻesuʻeina i totonu o neu gaosiga e ala i le aoina o le voluma membrane neuron ma le faailo o le gaosiga e faʻaaoga ai se oscilloscope. Na manuia le faʻataʻitaʻiga pe a naʻo le masini HCS (G0) e fesoʻotaʻi i le paʻu o le neuron e faʻaosofia ai le vevesi o le membrane. O loʻo faʻaalia i le Ata 3d, lea o le nofoaafi pulu lanumoana e mafua ai le faʻapipiʻiina o le voluma o le membrane i luga o le capacitor membrane, ae o le nofoaafi lanu meamata e faʻatumauina ai pea le eletise.
O le galuega taua lona lua a le RRAM o le faʻatinoina o le mamafa o fesoʻotaʻiga. O le fa'aaogaina o le RRAM's analog conductance adjustment, I/O connections e mafai ona fua fa'atatau. I le faʻataʻitaʻiga lona lua, na faʻapipiʻiina le masini G0 i tulaga eseese o le HCS, ma faʻaogaina le pulupulu faʻaoga i le VIn0 input. O le pulupulu fa'aulu e toso mai ai le taimi nei (Iweight) mai le masini, lea e fa'atatau i le fa'atonuga ma le pa'u fa'atatau Vtop − Vbot. O lenei la'au mamafa e tui i totonu o le DPI synapses ma le LIF output neurons. O le voluma o le membrane o le neu faʻapipiʻi na faʻamauina e faʻaaoga ai se oscilloscope ma faʻaalia i le Ata 3d. O le maualuga o le voltage o le neuron membrane e tali atu i se pulupulu faʻapipiʻi e tasi e faʻatusatusa i le faʻaogaina o le manatuaga tetee, faʻaalia e mafai ona faʻaaogaina le RRAM e avea o se elemene faʻapipiʻiina o le mamafa synaptic. O nei suʻesuʻega muamua e lua o loʻo faʻaalia ai o le RRAM-based neuromorphic platform e mafai ona faʻaaogaina elemene autu o le Jeffress mechanical mechanism, e taʻua o le laina tuai ma le suʻesuʻega faʻafuaseʻi. O le tulaga o le taamilosaga e fausia e ala i le faaputuina o poloka sosoo i autafa, e pei o poloka i le Ata 3b, ma fesootai o latou faitotoa i se laina e masani ai. Na matou mamanuina, faʻapipiʻiina, ma faʻataʻitaʻiina se faʻavae neuromorphic e aofia ai ni neu e lua e maua ai mea e lua (Fig. 4a). O lo'o fa'aalia i le Ata 4b le fa'asologa o va'aiga. O le pito i luga o le 2 × 2 RRAM matrix e mafai ai ona tuʻuina atu pulupulu faʻapipiʻi i lua neu gaosiga, ae o le pito i lalo ole 2 × 2 matrix e mafai ai ona fesoʻotaʻi faifaipea o lua neu (N0, N1). Matou te faʻaalia e mafai ona faʻaogaina lenei tulaga faʻatasi ma se faʻatuai laina faʻatulagaina ma lua galuega faʻamaonia faʻafuaseʻi eseese, e pei ona faʻaalia i fua faʻataʻitaʻiga i le Ata 4c-e.
Fa'asologa fa'ata'ita'iga e faia e ni neu e lua N0 ma le N1 o lo'o maua ai mea e lua 0 ma le 1. O masini pito i luga e fa o le fa'asologa o lo'o fa'amatalaina feso'ota'iga synaptic mai le fa'aoga i le gaosiga, ae o le pito i lalo e fa o lo'o fa'amatalaina feso'ota'iga faifaipea i le va o neu. O RRAM lanu e fai ma sui o masini faʻapipiʻi i le HCS i le itu taumatau: o masini i le HCS e faʻatagaina fesoʻotaʻiga ma faʻatusalia le mamafa, ae o masini i totonu o le LCS poloka poloka faʻapipiʻi ma faʻamalo fesoʻotaʻiga i mea e fai. b Ata o le ta'amilosaga (a) fa'atasi ai ma modules RRAM e valu o lo'o fa'amanino i le lanumoana. c Fa'atuai laina e faia i le na'o le fa'aogaina o le malosi o DPI synapses ma LIF neurons. O le RRAM lanu meamata ua setiina i le maualuga o le amio e mafai ai ona faʻaosofia se faʻalavelave i le gaioiga pe a maeʻa le faʻatuai Δt. d Fa'ata'ita'iga fa'ata'ita'iga o le su'esu'eina o le CD fa'aletonu o fa'ailo fa'alagolago i le taimi. O le neu 1, N1, fa'amu i mea fa'aoga 0 ma le 1 fa'atasi ai ma sina fa'atuai pu'upu'u. u Fa'atonuga ma'ale'ale CD circuit, o se ta'amilosaga e iloa pe a o'o atu le fa'aoga 1 i le fa'aoga 0 ma o'o mai pe a mae'a le fa'aoga 0. O le gaioiga o le matagaluega o lo'o fa'atusalia e le neu 1 (N1).
Ole laina fa'atuai (Ata 4c) e fa'aaogaina le amio malosi o DPI synapses ma LIF neurons e toe gaosia ai le fa'aulu mai Vin1 i Vout1 e ala i le tuai Tdel. Na'o le G3 RRAM e feso'ota'i ma Vin1 ma Vout1 o lo'o fa'apolokalameina i le HCS, o isi RRAM o lo'o fa'apolokalameina i le LCS. O le masini G3 na fa'apolokalameina mo le 92.6 µs e fa'amautinoa ai o pulupulu ta'itasi ta'itasi e fa'atuputeleina ai le voluma membrane o le neu o lo'o fa'atinoina ia lava e o'o atu ai i le faitoto'a ma fa'atupuina ai se fa'atuai tuai. Ole tuai ole Tdel e fuafua ile synaptic ma neural taimi tumau. O fa'ailoga fa'afuase'i e iloa ai le fa'atupuina o fa'ailoga fa'aoga fa'aletino ae fa'asoa fa'avanoa. E fa'alagolago le CD fa'atonuga i mea fa'aoga ta'ito'atasi o lo'o fa'afeiloa'i atu i se neu masani (Ata 4d). O RRAM e lua e fesoʻotaʻi Vin0 ma Vin1 i Vout1, G2 ma G4 taʻitasi ua faʻapipiʻiina mo le maualuga o le taʻavale. O le taunuu mai o tui i luga o Vin0 ma Vin1 e faʻateleina ai le voltage o le N1 neuron membrane i luga aʻe o le faitotoʻa e manaʻomia e faʻatupuina ai le faʻaogaina o le gaosiga. Afai o mea e lua e matua mamao ese i le taimi, o le tau i luga o le voluma o le membrane e faʻaputuina e le mea muamua e mafai ona i ai se taimi e pala, e taofia ai le malosi o le membrane N1 mai le oʻo atu i le tau faʻailoga. G1 ma le G2 o lo'o fa'apolokalameina mo le tusa ma le 65 µs, lea e fa'amautinoa ai e le fa'atuputeleina e se si'i fa'aulu se tasi le malosi o le membrane e mafua ai le si'itia o galuega. O le su'esu'eina fa'atasi i le va o mea tutupu fa'asoa i le vateatea ma le taimi, ose fa'agaioiga fa'avae e fa'aogaina i le tele o galuega fa'alogo e pei o le fa'aogaina o le fa'aogaina o fa'alavelave fa'atatau ma le fa'aogaina o puna'oa. O le mea lea, o le fa'atulagaina o CD e ma'ale'ale ma e le ma'ale'ale ose fa'avae faufale fa'avae mo le fauina o faiga fa'alotoifale ma leo. E pei ona faʻaalia i uiga o taimi tumau (silasila Faʻaopoopo Ata. 2), o le matagaluega fuafuaina o loʻo faʻatinoina se faʻasologa talafeagai o faʻatonuga o le tele o taimi. O le mea lea, e mafai ona ausia i le taimi e tasi manaʻoga o vaʻaia ma leo. O le CD fa'atonu-ma'ale'ale ose ta'amilosaga e ma'ale'ale i le fa'asologa fa'afanua o le o'o mai o fatu: mai le taumatau i le agavale ma le isi itu. Ose poloka faufale fa'avae i le feso'ota'iga su'esu'e gaio'iga a le Drosophila visual system, fa'aoga e fa'atatau ai fa'atonuga o gaio'iga ma iloa ai fete'ena'iga62. Ina ia ausia se CD e faʻaogaina le itu, e tatau ona tuʻuina atu mea e lua i neu eseese e lua (N0, N1) ma e tatau ona faʻatutuina se fesoʻotaʻiga i le va oi latou (Fig. 4e). A maua le fa'aulu muamua, e tali atu le NO e ala i le fa'atuputeleina o le voltage i luga o lona membrane i luga a'e o le tau fa'ailoga ma tu'u atu ai se si'i. O lenei gaioiga fa'atino, i le isi itu, e fa'amu ai le N1 fa'afetai i le feso'ota'iga o lo'o fa'ailogaina i le lanu meamata. Afai e sau se mea fa'aoga Vin1 ma fa'aosoina le N1 a'o maualuga pea le eletise, N1 e fa'atupuina se mea e fa'aalia ai ua maua se fetaui i le va o mea e lua. O feso'ota'iga fa'atonu e fa'ataga ai le N1 e fa'aulu mai fua pe'a o'o mai le fa'aoga 1 pe a uma le fa'aoga 0. G0, G3, ma le G7 ua fa'apolokalameina i le 73.5 µS, 67.3 µS, ma le 40.2 µS, i le faasologa, ia mautinoa o le tasi le spike i luga o le input Vin0 e mafua ai le tuai. fa'atupu fa'aola, a'o le malosi o le membrane N1 e na'o le o'o atu i le fa'ailoga pe a o'o fa'atasi uma mea e lua. .
O le fesuisuiai o se puna o le le atoatoa i faʻataʻitaʻiga neuromorphic systems63,64,65. O lenei mea e oʻo atu ai i amioga eseese a neurons ma synapses. O fa'ata'ita'iga o ia fa'aletonu e aofia ai le 30% (mean standard deviation) fesuia'iga i mea e maua mai i totonu, taimi tumau, ma taimi fa'ato'a, e ta'u na'o ni nai (va'ai Metotia). O lenei faʻafitauli e sili atu ona faʻaalia pe a fesoʻotaʻi faʻatasi le tele o neural circuits, e pei o se CD faʻapitoa e iai ni neu se lua. Ina ia galue lelei, o le maua ma le pala taimi tumau o neu e lua e tatau ona tutusa pe a mafai. Mo se faʻataʻitaʻiga, o se eseesega tele i mea e maua mai e mafai ona mafua ai ona faʻafefe le tasi neu i le paʻu o totonu ae o le isi neu e tau le tali mai. I luga o le fig. O le ata 5a o lo'o fa'aalia ai o neu ua filifilia fa'afuase'i e tali ese i le pusi fa'aoga tutusa. O lenei fesuiaiga o neural e talafeagai, mo se faʻataʻitaʻiga, i le galuega a CD e faʻaogaina le itu. I le polokalame o loʻo faʻaalia i le fig. 5b, c, o le faʻaogaina o le neuron 1 e sili atu le maualuga nai lo le neuron 0. O le mea lea, e manaʻomia ai e le neuron 0 ni pulupulu e tolu (nai lo le 1) e oʻo atu i le faitotoʻa, ma le neuron 1, e pei ona faʻamoemoeina, e manaʻomia ni mea faʻaoga se lua. O le fa'atinoina o le palasitika biomimetic fa'alagolago i le taimi (STDP) ose auala talafeagai e fa'aitiitia ai le a'afiaga o le neural ma le fa'agasolo fa'aletonu i le fa'atinoga o faiga43. O iinei matou te fautua atu ai e faʻaoga le amio palasitisi o le manatua o le tetee e avea o se auala e aʻafia ai le faʻaleleia o le faʻaogaina o le neural ma faʻaitiitia ai aʻafiaga o fesuiaiga i le neuromorphic circuits. E pei ona faaalia i le fig. 4e, tulaga faʻatautaia e fesoʻotaʻi ma le RRAM synaptic mass e faʻaleleia lelei le tali tutusa o le neural membrane. Matou te faʻaaogaina se faʻataʻitaʻiga polokalame RRAM. Mo se tuʻufaʻatasiga tuʻufaʻatasia, o le faʻatonuga o le mamafa o synaptic e toe faʻatulagaina seia oʻo ina maua le amio faʻatatau o le matagaluega (silasila i Metotia).
a Su'esu'ega fa'ata'ita'iga o le tali atu a neu ta'ito'atasi e iva na filifilia fa'afuase'i i le pusi fa'aoga tutusa. E fesuisuia'i le tali i le faitau aofa'i, e a'afia ai tupe maua ma le taimi tumau. b Su'ega fa'ata'ita'iga o le a'afiaga o neu i le fesuisuia'i o neu e a'afia ai le CD e ma'ale'ale le itu. E ese le tali atu o neu CD e lua itu e ma'ale'ale i fa'aoso fa'aulu ona o le fesuisuia'i o le neuron-to-neuron. O le Neuron 0 o lo'o i ai le maualalo o le mea e maua ai nai lo le neuron 1, o lea e mana'omia ai ni pulupulu fa'aoga se tolu (nai lo le 1) e fa'atupu ai se fa'aputuga. E pei ona faʻamoemoeina, e oʻo atu le neuron 1 i le faitotoʻa faʻatasi ai ma mea faʻaoga lua. Afai e sau le fa'aoga 1 Δt = 50 µs pe a mae'a le afi o le neuron 0, e nofo filemu le CD aua o le Δt e sili atu nai lo le taimi tumau o le neuron 1 (e tusa ma le 22 μs). c ua faʻaititia e le Δt = 20 µs, ina ia faʻapipiʻi le 1 i luga pe a maualuga pea le fana o le neuron 1, ma maua ai le suʻesuʻeina o mea e lua faʻaoga.
O elemene e lua o loʻo faʻaaogaina i le koluma faʻatulagaina o le ITD o le laina tuai ma le CD e le maaleale. O matagaluega uma e lua e manaʻomia le faʻavasegaina saʻo ina ia mautinoa lelei le faʻatulagaina o mea faitino. O le laina fa'atuai e tatau ona tu'uina atu se fa'ata'ita'iga fa'atuai tonu o le pito pito i totonu (Fig. 6a), ma e tatau ona fa'agaoioia le CD pe'ā pa'ū le fa'aoga i totonu o le va'aiga fa'amoemoe. Mo le laina tuai, o le mamafa synaptic o fesoʻotaʻiga faʻaoga (G3 i le Ata 4a) na toe faʻatulagaina seia oʻo ina maua le faʻatuai faʻamoemoe. Seti se fa'apalepale fa'ata'amilo i le fa'atuai fa'amoemoe e taofi ai le polokalame: o le la'ititi o le fa'apalepale, o le sili atu fo'i le faigata o le fa'atulaga lelei o le laina tuai. I luga o le fig. O le ata 6b o loʻo faʻaalia ai taunuuga o le faʻatuai o le faʻatulagaina o laina laina: e mafai ona iloa o le fuafuaga fuafuaina e mafai ona tuʻuina tonu uma faʻatuai e manaʻomia i le mamanu mamanu (mai le 10 i le 300 μs). Ole numera maualuga ole fa'asologa o fa'asologa e a'afia ai le tulaga lelei ole fa'asologa ole fa'asologa: 200 fa'asologa e mafai ona fa'aitiitia le mea sese i lalo ole 5%. E tasi le fa'asologa o le fa'avasegaina e fetaui ma se seti/toe fa'atonuina o se sela RRAM. O le fa'aogaina o le fa'agasologa e taua tele i le fa'aleleia atili o le sa'o o le CD module e vave ona iloa le mea na tupu. E sefulu fa'ata'ita'iga fa'ata'ita'iga e maua ai se fua fa'atatau moni (fa'atusa, o le fua faatatau o mea na tutupu sa'o fa'ailoa e talafeagai) i luga atu o le 95% (laina lanumoana i le Ata 6c). Ae ui i lea, o le faʻaogaina o le faagasologa e leʻi aʻafia ai mea lelei sese (o lona uiga, o le tele o mea na tutupu na faʻamaonia sese e talafeagai). O le isi auala o lo'o matauina i faiga fa'aola mo le fa'ato'ilaloina o taimi fa'agata o le fa'agaoioia o ala o le fa'agaoioia (o lona uiga, o le tele o kopi o le mea lava e tasi e fa'aaogaina e fa'atino ai se galuega). Fa'aosoina e le biology66, na matou tu'uina ai le tele o ta'aloga CD i ta'itasi CD module i le va o laina fa'atuai e lua e fa'aitiitia ai le a'afiaga o mea sese. E pei ona faaalia i le fig. 6c (laina lanumeamata), tu'u ni elemene CD se tolu i vaega ta'itasi CD e mafai ona fa'aitiitia ai le fua fa'ailo sese i lalo ifo o le 10-2.
a'afiaga ole fesuiaiga ole neuronal ile fa'atuai laina laina. b Fa'atuai laina laina e mafai ona fuaina i tuai tele e ala i le setiina o taimi tumau o neu LIF talafeagai ma DPI synapses i tau tetele. O le faʻateleina o le numera o faʻasologa o le RRAM calibration procedure na mafai ai ona faʻaleleia atili le saʻo o le faʻatuai o le sini: 200 iterations na faʻaitiitia ai le sese i lalo ifo o le 5%. E tasi le fa'asologa e fetaui ma se SET/RESET fa'agaioiga i luga o se sela RRAM. O vaega ta'itasi CD i le c Jeffress fa'ata'ita'iga e mafai ona fa'atinoina e fa'aoga ai elemene CD tutusa N mo le sili atu ona fetu'una'i e tusa ai ma fa'aletonu faiga. d E sili atu le fa'avasegaina o le RRAM e fa'atuputeleina ai le fua faatatau moni (laina lanumoana), ae o le fua fa'atatau sese e tuto'atasi mai le aofa'i o fa'asologa (laina lanu meamata). O le tu'u fa'aopoopoina o elemene CD fa'atasi e 'alofia ai le iloa sese o fa'atusa CD module.
Ua matou iloiloina nei le faʻatinoga ma le faʻaogaina o le eletise o le faʻaogaina o mea faʻapipiʻi tuʻufaʻatasia o loʻo faʻaalia i le Ata 2 e faʻaaoga ai fuataga o mea faʻalogo o le pMUT sensor, CD, ma faʻatuai laina laina o loʻo fausia ai le neuromorphic computing graph. Jeffress faʻataʻitaʻiga (Fig. 1a). Ae mo le kalafi o le neuromorphic computing, o le tele o le numera o CD modules, o le sili atu lea o le iuga o le angular, ae o le maualuga foi o le malosi o le faiga (Fig. 7a). E mafai ona ausia se maliega e ala i le faʻatusatusaina o le saʻo o vaega taʻitasi (pMUT sensors, neurons, ma synaptic circuits) ma le saʻo o le faiga atoa. O le iuga o le laina tuai e faʻatapulaʻaina i taimi tumau o synapses simulated ma neurons, lea i la matou polokalame e sili atu i le 10 µs, lea e fetaui ma se iuga o le 4 ° (silasila i Metotia). E sili atu le maualuga o nodes ma CMOS tekinolosi o le a faʻatagaina ai le mamanu o neural ma synaptic circuits faʻatasi ai ma taimi maualalo maualalo, e mafua ai le maualuga o le saʻo o elemene laina tuai. Ae ui i lea, i totonu o la tatou polokalama, o le saʻo e faʻatapulaʻaina e le sese pMUT i le faʻatusatusaina o le tulaga angular, e pei o le 10 ° (laina lanumoana lanumoana ile ata 7a). Na matou faʻatulagaina le numera o CD modules i le 40, lea e fetaui ma se faʻaiʻuga angular e tusa ma le 4 °, o lona uiga, o le saʻo saʻo o le kalafi faʻatusatusa (laina lanumoana lanumoana i le Ata 7a). I le tulaga o le faiga, e maua ai se iugafono o le 4 ° ma le saʻo o le 10 ° mo mea faitino o loʻo 50 cm i luma o le masini masini. O lenei tau e faʻatusatusa i le neuromorphic sound localization systems lipotia i le ref. 67. O se fa'atusatusaga o le faiga fa'atulagaina ma le tulaga fa'aonaponei e mafai ona maua i le Laulau Fa'aopoopo 1. Fa'aopoopoina o pMUTs fa'aopoopo, fa'ateleina le maualuga o fa'ailo fa'alogo, ma fa'aitiitia le pisa fa'aeletoroni o ni auala e fa'aleleia atili ai le sa'o o le localization. ) e fa'atatau ile 9.7. nz. 55. Tu'u atu 40 CD iunite i luga o le kalafi fa'akomepiuta, o le fa'ata'ita'iga a le SPICE na fa'atatauina le malosi i le fa'agaioiga (fa'atusa, malosi fa'atulagaina mea) e 21.6 nJ. O le neuromorphic system e faatoa fa'agaoioia pe a o'o mai se mea fa'aoga, o lona uiga pe a o'o atu se galu fa'alogo i so'o se pMUT receiver ma sili atu i le fa'ailoga, a le o lea e tumau pea le le toaga. Ole mea lea e 'alofia ai le fa'aogaina ole paoa pe a leai se fa'ailo fa'aulu. Mafaufau i le tele o faʻagaioiga localization o le 100 Hz ma se vaitaimi faʻagaoioia o 300 µs i le taʻaloga (le maualuga ITD mafai), o le faʻaaogaina o le eletise o le neuromorphic computing graph o le 61.7 nW. Faʻatasi ai ma le neuromorphic pre-processing faʻaaogaina i pMUT taʻitasi, o le faʻaaogaina o le eletise o le polokalama atoa e oʻo atu i le 81.6 nW. Ina ia malamalama i le malosi o le malosi ole auala ole neuromorphic fuafuaina pe a faatusatusa i meafaigaluega masani, matou te faʻatusatusa lenei numera i le malosi e manaʻomia e faʻatino ai le galuega tutusa i luga o se microcontroller eletise faʻaonapo nei e faʻaaoga ai le neuromorphic poʻo le masani beamforming68 Skill. O le neuromorphic auala e mafaufau ai i le analog-to-digital converter (ADC) stage, sosoo ai ma se faamama faʻaili ma se laasaga e aveese ai teutusi (Metotia Teeger-Kaiser). Mulimuli ane, e faia se ta'otoga fa'amau e aveese mai ai le ToF. Ua matou fa'ate'aina le fa'atatauina o le ITD e fa'avae i luga o le ToF ma le liua i le fa'atatauina o le tulaga fa'atatau talu ai e tupu fa'atasi mo fua ta'itasi (silasila i Metotia). Fa'apea o le fua faatatau o le sampling o le 250 kHz i luga o auala uma e lua (pMUT receivers), 18 band pass filter operations, 3 fa'agaoioiga e aveese ai teutusi, ma le 1 threshold operation i le fa'ata'ita'iga, o le aofa'i o le eletise e fa'atatau i le 245 microwatts. E fa'aogaina e le microcontroller's low-power mode69, lea e ki pe a le fa'atinoina le algorithms, lea e fa'aitiitia ai le fa'aogaina o le eletise i le 10.8 µW. Le fa'aogaina o le malosi ole fofo ole fa'agaioiina o fa'ailo o lo'o fa'ailoa mai ile fa'asinomaga. 31, faʻatasi ai ma le 5 pMUT receivers ma 11 beams tufatufa tutusa i le azimuth plane [-50 °, + 50 °], o le 11.71 mW (silasila i le vaega Metotia mo auiliiliga). E le gata i lea, matou te lipotia le faʻaaogaina o le eletise o le FPGA47-based Time Difference Encoder (TDE) faʻatatau i le 1.5 mW e fai ma sui o le Jeffress faʻataʻitaʻiga mo le faʻaogaina o mea. Faʻavae i luga o nei faʻatusatusaga, o le neuromorphic faʻataʻitaʻiga e faʻaitiitia ai le faʻaaogaina o le eletise e lima faʻatonuga o le maualuga pe a faʻatusatusa i se microcontroller e faʻaogaina ai auala masani mo le faʻaogaina o mea. O le faʻaaogaina o se auala neuromorphic e faʻaogaina ai faailoilo i luga o se microcontroller masani e faʻaitiitia ai le faʻaogaina o le eletise e tusa ma le lua poloaiga o le tele. O le aoga o le faiga fuafuaina e mafai ona faamatalaina e ala i le tuufaatasiga o se asynchronous resistive-manatua analog circuit mafai ona faatino i-manatua fuafuaina ma le leai o analog-i-numera liua e manaomia e iloa ai faailoilo.
se iugafono Angular (lanumoana) ma le faʻaaogaina o le eletise (lanu meamata) o le faʻaogaina o le localization faʻalagolago i le numera o CD modules. O le pa'u fa'alava lanumoana uliuli o lo'o fa'atusalia ai le sa'o sa'o o le PMUT ma o le pa fa'alava lanumoana o lo'o fa'atusalia ai le sa'o sa'o o le kalafi fa'asologa o le neuromorphic. b Fa'aaogāina o le malosi o le faiga fa'atulagaina ma fa'atusatusaga fa'atasi ma fa'atinoga e lua o lo'o fa'atalanoaina microcontroller ma fa'atinoga numera o le Time Difference Encoder (TDE)47 FPGA.
Ina ia faʻaitiitia le faʻaaogaina o le eletise o le faʻaogaina o le localization system, matou te faʻatulagaina, mamanuina ma faʻatinoina se faʻaogaina lelei o le RRAM-faʻavae neuromorphic circuit lea e faʻatautaia ai faʻamatalaga faʻamatalaga na gaosia e masini faʻapipiʻi e fuafua le tulaga o le mea faʻatatau i le moni. taimi. . A'o fa'aauauina faiga fa'aleaganu'u fa'ata'ita'i fa'ailoga iloa ma faia fa'atusatusaga e fa'ailoa mai ai fa'amatalaga aoga, o le fofo ole neuromorphic fa'atulagaina e faia fa'atusatusaga asynchronously pe a o'o mai fa'amatalaga aoga, fa'ateleina le fa'aogaina o le eletise i le lima poloaiga o le tele. E le gata i lea, matou te faʻamaonia le fetuutuunai o le RRAM-based neuromorphic circuits. O le malosi o le RRAM e suia ai le amio i se auala e le faʻafefeteina (plasticity) e totogi ai le fesuisuiai faʻapitoa o le ultra-low power analog DPI's synaptic ma neural circuits. O le mea lea e fa'aogaina ai lenei ta'amilosaga fa'avae RRAM ma malosi. O la matou sini e le o le faʻapipiʻiina o galuega faigata poʻo mamanu mai faʻailoga, ae ia faʻaogaina mea i le taimi moni. E mafai fo'i e la tatou faiga ona fa'apipi'i lelei le fa'ailo ma i'u ai ina lafo atu i le fa'agasolo atili o la'asaga e fai ai fa'ai'uga lavelave pe a mana'omia. I le tulaga o talosaga localization, o tatou neuromorphic preprocessing laasaga e mafai ona maua ai faamatalaga e uiga i le nofoaga o mea faitino. O nei fa'amatalaga e mafai ona fa'aoga, mo se fa'ata'ita'iga, mo le su'esu'eina o gaioi po'o le iloa o taga. Matou te faʻamamafa le taua o le tuʻufaʻatasia o masini eletise e sili ona maualalo e pei o pMUTs faʻatasi ai ma masini eletise eletise. Mo lenei mea, o auala neuromorphic na avea ma ki a'o latou taʻitaʻia ai i matou e atiaʻe ni faʻataʻitaʻiga fou o faʻataʻitaʻiga o metotia faʻatautaia faʻaolaola e pei o le Jeffress model. I le tulaga o talosaga fusion sensor, e mafai ona tu'ufa'atasia le matou faiga ma le tele o masini fa'avae e fa'atatau i mea tutupu e maua ai fa'amatalaga sa'o. E ui ina lelei le lulu i le su'eina o manu i le pogisa, ae e lelei le vaai ma faia se su'esu'ega tu'ufa'atasi ma su'esu'ega a'o le'i pu'eina manu70. Pe a mu se neu suʻe suʻesuʻe faapitoa, e maua e le lulu faamatalaga e manaʻomia e fuafua ai po o fea le itu e amata ai lana suʻesuʻega vaaia, ma taulaʻi atu lona mafaufau i se vaega itiiti o le vaaiga vaaia. E tatau ona su'esu'eina se tu'ufa'atasiga o masini va'aia (DVS camera) ma se fa'alogo fa'alogo (fa'avae i luga o le pMUT) mo le atina'eina o sui tuto'atasi i le lumana'i.
O le pMUT sensor o loʻo tu i luga o se PCB faʻatasi ma le lua faʻafeiloaʻi e tusa ma le 10 cm le va, ma o le transmitter o loʻo i le va o faʻasalalauga. I lenei galuega, o membrane taʻitasi o se fausaga bimorph le tumau e aofia ai ni laulau se lua o piezoelectric alumini nitride (AlN) 800 nm mafiafia sanuisi i le va o le tolu laulau o le molybdenum (Mo) 200 nm mafiafia ma ufiufi i se laulau 200 nm mafiafia. le pito i luga passivating SiN layer e pei ona faamatalaina i le faasinomaga. 71. O le eletise i totonu ma fafo o loʻo faʻaogaina i le pito i lalo ma le pito i luga o le molybdenum, aʻo le ogatotonu o le molybdenum electrode e le faʻaogaina ma faʻaaogaina e avea o se eleele, e mafua ai se paʻu ma ni paʻu e fa.
O lenei fausaga e faʻatagaina ai le faʻaogaina o se faʻalavelave masani o le membrane, e mafua ai le faʻaleleia atili o le felauaiga ma maua le lagona. O sea pMUT e masani ona faʻaalia se lagona faʻafefe o le 700 nm / V e pei o se emitter, e maua ai le mamafa o le 270 Pa / V. I le avea ai o se tagata e taliaina, e tasi le ata pMUT o loʻo faʻaalia se vaʻaiga puupuu o le 15 nA / Pa, lea e fesoʻotaʻi saʻo i le piezoelectric coefficient o AlN. O le fesuiaiga faʻapitoa o le voltage i le AlN layer e taʻitaʻia ai se suiga i le tele o le resonant, lea e mafai ona totogi e ala i le faʻaaogaina o se faʻaituau DC i le pMUT. DC maaleale sa fuaina i le 0.5 kHz/V. Mo fa'amatalaga fa'alogo, e fa'aoga se masini faaleotele leo i luma ole pMUT.
Ina ia fuaina le pa'u o le si'uleo, matou te tu'uina se ipu fa'afa'afafa'atasi ma se vaega e tusa ma le 50 cm2 i luma o le pMUT e fa'aalia ai galu leo na tu'uina atu. O le mamao uma i le va o papatusi ma le angle e fesoʻotaʻi ma le vaalele pMUT o loʻo faʻatonutonuina e faʻaaoga ai tagata faʻapitoa. O le Tectronix CPX400DP voltage source fa'aituau tolu pMUT membranes, fa'alogoina le resonant frequency i le 111.9 kHz31, a'o le transmitters e fa'auluina e le Tectronix AFG 3102 pulse generator fa'alogo i le resonant frequency (111.9 kHz) ma le tiute o le 0.01. O au e faitau mai i ports e fa o le pMUT receiver taʻitasi ua liua i voltage e faʻaaoga ai se faʻapitoa faʻapitoa i le taimi nei ma le voltage fausaga, ma o faʻailoga e maua mai e numera e le Spektrum data acquisition system. O le tapulaʻa o le suʻesuʻeina na faʻaalia i le mauaina o le faailo o le pMUT i lalo o tulaga eseese: matou te faʻanofoina le faʻataʻitaʻiga i mamao eseese [30, 40, 50, 60, 80, 100] cm ma suia le tulimanu lagolago pMUT ([0, 20, 40] o ) Ata 2b o loʻo faʻaalia ai le faʻaogaina o le ITD faʻaletino e faʻatatau i le tulaga tutusa i tikeri.
O lenei tusiga e faʻaogaina ai ni taʻaloga RRAM eseese e lua. Muamua o se faʻasologa o 16,384 (16,000) masini (128 × 128 masini) i se faʻatulagaga 1T1R ma le tasi transistor ma le tasi teteʻe. O le pu lona lua o le neuromorphic platform o loʻo faʻaalia i le Ata 4a. O le RRAM cell e aofia ai se ata tifaga HfO2 5 nm mafiafia o loʻo faʻapipiʻiina i totonu o se faaputuga TiN / HfO2 / Ti / TiN. O le RRAM stack o loʻo tuʻufaʻatasia i le pito i tua o le laina (BEOL) o le faʻasologa masani 130nm CMOS. O va'aiga neuromorphic fa'avae RRAM o lo'o tu'uina mai ai se lu'itau fa'ata'ita'iga mo faiga fa'aeletonika fa'atusa uma lea e fa'atasi ai masini RRAM ma fa'atekonolosi masani a le CMOS. Aemaise lava, o le tulaga o le faʻaogaina o le masini RRAM e tatau ona faitau ma faʻaaogaina e avea o se fesuiaiga o galuega mo le faiga. I lenei tulaga, o se matagaluega na mamanuina, faʻapipiʻiina ma faʻataʻitaʻia e faitau le taimi nei mai le masini pe a maua se pulupulu faʻaoga ma faʻaogaina lenei taimi e mamafa ai le tali a se faʻasalalauga paʻu faʻatasi (DPI) synapse. O lenei matagaluega o loʻo faʻaalia i le Ata 3a, o loʻo faʻatusalia ai poloka faʻavae autu o le neuromorphic platform i le Ata 4a. O se pulupulu fa'aulu e fa'agaoioia ai le faitoto'a o le masini 1T1R, fa'aosoina le taimi nei e ala i le RRAM fa'atusatusa i le fa'agaioia o le masini G (Iweight = G(Vtop – Vx)). O le fa'aogaina fa'aliliuina o le fa'amalo fa'agaioiga (op-amp) o lo'o i ai i taimi uma DC fa'aituau voltage Vtop. Ole tali le lelei ole op-amp ole a maua ai le Vx = Vtop e ala ile tu'uina atu o le taimi tutusa mai le M1. O le Iweight o loʻo iai nei na maua mai le masini o loʻo tui ile DPI synapse. O le malosi o le taimi nei o le a mafua ai le tele o le depolarization, o lea e faʻaaogaina lelei ai e le RRAM le mamafa o le synaptic. O lenei faʻateleina o le synaptic o loʻo tui e ala i le membrane capacitor o le Leaky Integration and Excitation (LIF) neurons, lea e tuʻufaʻatasia e pei o se voltage. Afai e faatoilaloina le laina eletise o le membrane (o le fesuiaiga o le voltage o le inverter), e faʻagaoioia le vaega o loʻo gaosia o le neu, e maua ai se faʻaulu. E toe fo'i mai le fatu ma fa'afefe ai le capacitor membrane o le neuron i le palapala, ma fa'aoso ai le alu. Ona faʻaopoopoina lea o lenei matagaluega i se faʻalauteleina o le pulupulu (e le o faʻaalia i le Ata 3a), lea e faʻapipiʻiina ai le faʻaogaina o le pulupulu o le LIF neuron i le lautele o le pulupulu sini. Teleplexers e fausia foi i laina taʻitasi, faʻatagaina voltage e faʻaoga i luga ma lalo eletise ole masini RRAM.
O su'ega eletise e aofia ai le su'esu'eina ma le fa'amauina o le amio malosi o le analog circuits, fa'apea fo'i ma polokalame ma faitau masini RRAM. O laʻasaga uma e lua e manaʻomia ai meafaigaluega faʻapitoa, o ia mea uma e fesoʻotaʻi atu i le laupapa sensor i le taimi e tasi. Avanoa i masini RRAM i le neuromorphic circuits o loʻo faʻatinoina mai meafaigaluega i fafo e ala ile multiplexer (MUX). O le MUX e vavaeeseina le 1T1R cell mai le isi vaega o le matagaluega o loʻo i ai, faʻatagaina le masini e faitau ma / pe faʻapolokalameina. Mo polokalame ma faitau masini RRAM, o loʻo faʻaogaina se masini Keithley 4200 SCS faʻatasi ma se Arduino microcontroller: o le muamua mo le faʻatupuina saʻo o le fatu ma le faitauga o loʻo i ai nei, ma le lona lua mo le vave maua o elemene 1T1R taʻitasi i le faʻasologa o manatua. O le gaioiga muamua o le faia lea o le masini RRAM. O sela e filifilia taʻitoʻatasi ma se voltage lelei e faʻaogaina i le va o le pito i luga ma lalo o le eletise. I lenei tulaga, o le taimi nei e faʻatapulaʻa i le faasologa o le sefulu microamperes ona o le tuʻuina atu o le voltage faitotoa tutusa i le transistor filifilia. O le sela RRAM e mafai ona taamilo i le va o se tulaga maualalo (LCS) ma se tulaga maualuga (HCS) e faʻaaoga ai le RESET ma le SET gaioiga, faasologa. O le faʻatinoga o le SET e faʻatinoina e ala i le faʻaogaina o se pulupulu eletise faʻasolosolo faʻatasi ma le umi o le 1 μs ma le maualuga o le voltage o le 2.0-2.5 V i le pito i luga o le eletise, ma le faʻaogaina o le pulupulu o se foliga tutusa ma le maualuga o le voltage o le 0.9-1.3 V i le le faitotoa o le transistor filifili. O nei tau e faʻatagaina ai le faʻaogaina o le RRAM i le 20-150 µs vaeluaga. Mo RESET, o le 1 µs lautele, 3 V peak pulse o loʻo faʻaogaina i le pito i lalo o le eletise (laina laina) o le sela pe a oʻo i le laina eletise o le faitotoa i le va o le 2.5-3.0 V. O mea faʻapipiʻi ma gaioiga o le analog circuits o faailoilo malosi. . Mo fa'aoga, matou fa'afeso'ota'i le lua HP 8110 pulus generator ma Tektronix AFG3011 afi fa'ailoga. O le pulupulu fa'aulu e iai le lautele o le 1 µs ma le si'i ma le pa'u pito o le 50 ns. O lenei ituaiga o pulus e fa'apea o se fa'alavelave masani i ta'amilosaga fa'avae fa'asolosolo fa'atusa. Ae mo le faailo o le gaosiga, o le faailo o le gaosiga na faʻamauina e faʻaaoga ai le Teledyne LeCroy 1 GHz oscilloscope. O le saoasaoa o le mauaina o se oscilloscope ua faʻamaonia e le o se mea faʻatapulaʻa i le auiliiliga ma le mauaina o faʻamaumauga o le matagaluega.
O le fa'aogaina o le fa'aogaina o mea fa'aeletonika analog e fa'ata'ita'i ai le amio a neu ma synapses o se fofo fa'alelei ma lelei e fa'aleleia atili ai le fa'aogaina. O le fa'aletonu o lenei fa'asologa fa'akomepiuta o le a eseese mai lea polokalame i lea polokalame. Na matou fuaina le fesuiaiga o neu ma synaptic circuits (Faʻaopoopo Ata 2a,b). Mai fa'aaliga uma o le fesuisuia'i, oi latou e feso'ota'i ma taimi tumau ma mea e maua mai i totonu o lo'o i ai le tele o a'afiaga i le tulaga o le faiga. O le taimi tumau o le LIF neuron ma le DPI synapse e fuafuaina e le RC circuit, lea o le tau o le R o loʻo pulea e se voltage faʻaituau e faʻaaogaina i le faitotoa o le transistor (Vlk mo le neuron ma Vtau mo le synapse), fuafua le tulaga leakage. O le fa'aogaina o mea e fa'amatalaina o le maualuga o le voltage e o'o atu i le synaptic ma neuronal membrane capacitors e fa'aosoina e se pulupulu ulu. O le fa'aogaina o mea e fa'atonuina e le isi transistor fa'aituau lea e fa'aogaina le fa'aogaina o le taimi nei. O se fa'ata'ita'iga a Monte Carlo na fa'avasegaina ile ST Microelectronics' 130nm fa'agasologa na fa'atinoina e aoina mai ai nisi fa'aulu ma fa'amaumauga tumau taimi. O fa'ai'uga o lo'o tu'uina atu i le Fa'atusa Fa'aopoopo 2, lea o lo'o fa'amauina ai le fa'aulufaleina ma le taimi tumau e fa'atatau i se galuega a le voltage fa'aituau e pulea ai le fua o le liki. Fa'ailoga lanu meamata e fa'atatauina le va'aiga masani o le taimi tumau mai le uiga. O neurons uma ma synaptic circuits na mafai ona faʻaalia le tele o taimi tumau i le va o 10-5-10-2 s, e pei ona faʻaalia i le ata Faʻaopoopo. Fa'ateleina fa'aulu (Fa'aopoopo Ata 2e,d) o le fesuiaiga o neuronal ma synapse e tusa ma le 8% ma le 3%, i le faasologa. O sea faaletonu o loʻo faʻamauina lelei i tusitusiga: o fuataga eseese na faia i luga o le faʻasologa o meataalo DYNAP e iloilo ai le le fetaui i le va o tagata o le LIF63 neurons. O synapses i le BrainScale fefiloi pusi faailoilo na fuaina ma o latou le ogatasi sa suʻesuʻeina, ma se faʻataʻitaʻiga faʻatulagaina e faʻaitiitia ai le aʻafiaga o le fesuiaiga o le tino64.
O le galuega a le RRAM i le neuromorphic circuits e lua: faʻamatalaga faʻataʻitaʻiga (faʻaogaina o mea e fai i galuega faatino) ma le faʻatinoina o le mamafa synaptic. O le meatotino mulimuli e mafai ona faʻaaogaina e foia ai le faʻafitauli o le fesuiaiga o faʻataʻitaʻiga o le neuromorphic circuits. Ua matou atiina ae se faiga faʻavasega faigofie e aofia ai le toe faʻatulagaina o le masini RRAM seia oʻo ina ausia e le matagaluega o loʻo suʻesuʻeina ni manaʻoga. Mo se mea e tu'uina atu, e mata'ituina le galuega ma toe fa'apolokalame le RRAM se'ia ausia le amio fa'atatau. O se taimi faʻatali o le 5 s na faʻafeiloaʻi i le va o polokalame faʻagaioiga e foia ai le faʻafitauli o le faʻamalieina o le RRAM e mafua ai le fesuisuiai o le amio le tumau (Faʻamatalaga Faʻaopoopo). O le mamafa o le synaptic e faʻafetaui pe faʻavasegaina e tusa ai ma manaʻoga o le neuromorphic circuit o loʻo faʻataʻitaʻiina. O le faʻasologa o le faʻavasegaina o loʻo aoteleina i isi algorithms [1, 2] e taulaʻi i vaega taua e lua o faʻavae neuromorphic, faʻatuai laina ma taʻitaʻia CD le mautonu. Mo se ta'amilosaga o lo'o i ai se laina fa'atuai, o le amio fa'atatau o le tu'uina atu lea o se pulupulu fa'aola ma le tuai Δt. Afai o le tuai o le matagaluega e itiiti ifo nai lo le tau faʻatatau, e tatau ona faʻaititia le mamafa o le synaptic o le G3 (G3 e tatau ona toe setiina ona seti lea i se Icc o loʻo iai nei). I le isi itu, afai o le tuai moni e sili atu nai lo le tau faʻamoemoe, e tatau ona faʻateleina le amio a le G3 (G3 e tatau ona toe setiina muamua ona seti lea i se maualuga maualuga Icc). O lenei faiga e toe fai seia o'o ina fetaui le tuai na faia e le matagaluega ma le tau fa'atatau ma fa'atulaga se fa'apalepale e taofi ai le fa'avasegaina. Mo CDs e le faʻaogaina, e lua masini RRAM, G1 ma G3, o loʻo aʻafia i le faʻasologa o le faʻasologa. O lenei matagaluega e lua mea faʻaoga, Vin0 ma Vin1, tuai e dt. E tatau ona tali atu le matagaluega i fa'atuai i lalo ole laina fa'afetaui [0,dtCD]. Afai e leai se pito maualuga, ae o le pito i luga ole pito e latalata, e tatau ona faʻamalosia uma masini RRAM e fesoasoani ai i le neuron e oʻo i le faitotoʻa. I le isi itu, afai e tali atu le matagaluega i se tuai e sili atu i le faʻatulagaina o le dtCD, e tatau ona faʻaititia le amio. Toe fai le faiga seia maua le amio sa'o. O le tausisia o le taimi nei e mafai ona faʻaogaina e le eletise analog ua fausia i totonu ref. 72.73. Fa'atasi ai ma lenei ta'amilosaga fa'apipi'i, e mafai ona fa'atino fa'alāpotopotoga fa'apenei e fa'avasega le faiga pe toe fa'aaogaina mo se isi talosaga.
Matou te iloiloina le faʻaaogaina o le eletise o la matou auala e faʻaogaina ai faailoilo neuromorphic i luga o le microcontroller68 masani 32-bit. I lenei suʻesuʻega, matou te faʻaogaina faʻatasi ma le seti tutusa e pei o lenei pepa, ma le tasi pMUT transmitter ma lua pMUT receivers. O lenei metotia e fa'aogaina ai le fa'amama bandpass, soso'o ai ma se la'asaga e aveese ai teutusi (Teeger-Kaiser), ma fa'ai'u ai loa le fa'aogaina o le ta'otoga i le fa'ailo e aveese mai ai le taimi o le lele. O le faʻatusatusaga o le ITD ma lona liua i le suʻesuʻeina o tulimanu e le o iai i le iloiloga. Matou te mafaufau i le faʻaogaina o le faʻaogaina o le band pass e faʻaaoga ai le faʻatonuga lona 4 e manaʻomia ai le 18 faʻaogaina o mea faʻafefe. O le fa'aaogaina o teutusi e fa'aogaina ai isi fa'agaoioiga fa'afefeteina e tolu, ma o le fa'agaioiga mulimuli e fa'aaoga e seti ai le fa'ailoga. Ole aofa'i ole 22 fa'agaoioiga fa'afefete e mana'omia e fa'agasolo ai le fa'ailoga. O le fa'ailo fa'asalalauina o se fa'aupuga pu'upu'u o le 111.9 kHz sinus waveform e fa'atupuina i le 10 ms uma e mafua ai le fa'atulagaina o taimi fa'agaioia o le 100 Hz. Na matou fa'aogaina le fua faatatau o le 250 kHz e fa'amalieina ai le Nyquist ma le fa'amalama 6 ms mo fua ta'itasi e pu'e ai le 1 mita. Manatua o le 6 milliseconds o le taimi e lele ai se mea e 1 mita le mamao. Ole mea lea e maua ai le eletise ole 180 µW mo le A/D liua ile 0.5 MSPS. Fa'ailoga muamua fa'agasolo ole 6.60 MIPS (fa'atonuga ile sekone), fa'atupuina le 0.75 mW. Ae ui i lea, e mafai e le microcontroller ona sui i se tulaga maualalo le mana 69 pe a le o tamoe le algorithm. O lenei faiga e maua ai le faʻaaogaina o le eletise o le 10.8 μW ma le taimi fafagu o le 113 μs. Tuuina atu le taimi o le uati o le 84 MHz, o le microcontroller e faʻamaeʻaina uma gaioiga o le neuromorphic algorithm i totonu ole 10 ms, ma o le algorithm e faʻatatauina se taamilosaga tiute o le 6.3%, ma faʻaaoga ai se faiga maualalo. O le mea e maua ai le faʻaleagaina o le mana o le 244.7 μW. Manatua matou te faʻaaogaina le gaosiga o le ITD mai le ToF ma le liua i le suʻesuʻeina o le tulimanu, ma faʻafefe ai le faʻaogaina o le eletise o le microcontroller. E maua ai le tau fa'aopoopo mo le fa'aogaina o le malosi o le faiga fa'atulagaina. I le avea ai o se faʻatusatusaga faʻaopoopo tulaga, matou te iloiloina le faʻaogaina o le eletise o metotia faʻapipiʻi masani o loʻo faʻatulagaina i le faʻamatalaga. 31.54 pe a faʻapipiʻi i totonu o le microcontroller68 i le 1.8V sapalai voltage. E lima fa'aputuga tutusa avanoa pMUT e fa'aogaina e maua ai fa'amaumauga mo le fa'amomoli. Ae mo le gaioiga lava ia, o le beamforming metotia o loʻo faʻaaogaina o le tolopoina o le aofaʻi. E na'o le fa'atatauina o le fa'atuai i laina e fetaui ma le eseesega fa'amoemoe i taimi e taunu'u mai ai i le va o le tasi ala ma le laina fa'asino. Afai o fa'ailo o lo'o i le vaega, o le aofa'i o nei fa'ailo o le a maualuga le malosi pe a mae'a se suiga taimi. Afai latou te o ese mai le vaega, faʻalavelave faʻaleagaina o le a faʻatapulaaina ai le malosi o latou aofaʻi. i se mafutaga. I luga o le fig. 31, o le sampling rate o le 2 MHz ua filifilia i le taimi e sui ai faʻamaumauga e ala i se numera numera o faʻataʻitaʻiga. O se faiga e sili atu ona tauagafau o le fa'atumauina o se fua fa'ata'ita'i e sili atu le mata'utia o le 250 kHz ma fa'aoga se fa'amama Fa'ai'uga (FIR) e fa'amaopoopo ai fa'atuai ninii. Matou te manatu o le lavelave o le beamforming algorithm e masani lava ona fuafuaina i le suiga o le taimi, talu ai o auala taʻitasi e faʻapipiʻiina ma se faamama FIR ma 16 taps i itu taʻitasi. Ina ia faʻatusatusa le numera o MIPS e manaʻomia mo lenei gaioiga, matou te mafaufau i se faʻamalama o le 6ms i le fuaina e puʻeina ai le 1 mita, 5 alalaupapa, 11 beamforming directions (vaega +/- 50 ° i 10 ° laasaga). 75 fua ile sekone na tuleia ai le microcontroller ile maualuga ole 100 MIPS. So'oga. 68, e mafua ai le faʻamalo o le eletise o le 11.26 mW mo le aofaʻi o le paʻu o le 11.71 mW pe a maeʻa ona faʻaopoopo le saofaga ADC i luga o le laupapa.
O fa'amaumauga e lagolagoina ai fa'ai'uga o lenei su'esu'ega e maua mai le tusitala ta'itasi, FM, pe a fa'atatau i talosaga.
Indiveri, G. & Sandamirskaya, Y. Le taua o le avanoa ma le taimi mo le faʻagasologa o faʻailoga i le neuromorphic agents: O le luʻitau o le atinaʻeina o le maualalo o le malosi, sui tutoʻatasi e fegalegaleai ma le siosiomaga. Indiveri, G. & Sandamirskaya, Y. Le taua o le avanoa ma le taimi mo le faʻagasologa o faʻailoga i le neuromorphic agents: O le luʻitau o le atinaʻeina o le maualalo o le malosi, sui tutoʻatasi e fegalegaleai ma le siosiomaga.Indiveri G. ma Sandamirskaya Y. Le taua o le avanoa ma le taimi mo le faʻaogaina o faʻailoga i sui o le neuromorphic: o le luʻitau o le atinaʻeina o sui pule tutoʻatasi maualalo e fegalegaleai ma le siosiomaga. Indiveri, G. & Sandamirskaya, Y.理的挑战. Indiveri, G. & Sandamirskaya, Y.Indiveri G. ma Sandamirskaya Y. Le taua o le avanoa ma le taimi mo le faʻaogaina o faʻailoga i sui o le neuromorphic: o le luʻitau o le atinaʻeina o sui pule tutoʻatasi maualalo e fegalegaleai ma le siosiomaga.IEEE Fa'asologa o Fa'ailoga. Tusitala 36, 16–28 (2019).
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Levy, WB & Calvert, VG Feso'ota'iga e fa'aaogaina 35 taimi sili atu le malosi nai lo le fa'atulagaina i totonu o le tino o le tagata, ae o tau uma e lua e mana'omia e va'ai ai le numera o le synapse. Levy, WB & Calvert, VG Feso'ota'iga e fa'aaogaina 35 taimi sili atu le malosi nai lo le fa'atulagaina i totonu o le tino o le tagata, ae o tau uma e lua e mana'omia e va'ai ai le numera o le synapse.Levy, WB ma Calvert, WG Fesoʻotaʻiga e faʻaaogaina le 35 taimi sili atu le malosi nai lo le faʻatulagaina i totonu o le tino o le tagata, ae o tau e lua e manaʻomia e vaʻai ai le numera o synapses. Levy, WB & Calvert, VG Communication 消耗的能量是人类皮层计算的35 但这两种成本都需要预测突触数量。 Levy, WB & Calvert, VG Feso'ota'igaLevy, WB ma Calvert, WG Fesoʻotaʻiga e faʻaaogaina le 35 taimi sili atu le malosi nai lo le faʻatulagaina i totonu o le tino o le tagata, ae o tau uma e lua e manaʻomia ai le vavalo o le numera o synapses.faiga. National Academy of Science. le faasaienisi. US 118, https://doi.org/10.1073/pnas.2008173118 (2021).
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Taimi meli: Nov-17-2022