EKG analizinde tek transistörle yüzde 94 doğruluk

Tokyo Üniversitesi’nden Daisuke Kiriya liderliğindeki ekip, iki boyutlu yarı iletkenlerin bellek davranışını kontrol etmek için yeni bir yöntem geliştirdi. Durgadevi Elamaran ve meslektaşlarının da yer aldığı çalışmada, MoS₂ tabanlı bir memtransistörün temas noktalarına uygulanan işlemle cihazın geçmiş elektriksel girdilerin bilgisini saklaması sağlandı. 

Ekip, beyinden ilham alan nöromorfik hesaplama sistemlerine yönelik bu yaklaşımı, EKG verilerinin analiz edildiği bir kavram kanıtlama çalışmasında sınadı.

TEMAS NOKTALARINA MÜDAHALE 

Araştırmacılar, cihazın kanalı boyunca ayrı bir anahtarlama malzemesi eklemek yerine, düzlemsel MoS₂ memtransistörünün elektriksel temas noktalarını çözelti bazlı AuCl₃ işlemiyle seçici olarak değiştirdi.

Metal elektrot ile MoS₂’nin birleştiği arayüze yapılan müdahale, yüklerin yakalanma ve serbest bırakılma dinamiklerini ve taşıyıcı enjeksiyonunu kontrol eden etkin Schottky bariyerini değiştirdi. Ölçümlerde bariyer yüksekliği 40,8 meV’den 196 meV’ye çıktı. Kanal yapısına zarar vermeden, iki kutuplu ve kademeli direnç anahtarlaması elde edildi.

SİNAPSLARI TAKLİT ETTİ 

Ekip, Raman spektroskopisi, XPS ve AFM analizleriyle incelediği temas kontrollü dinamiklerin biyolojik sinapsların işlevlerini taklit edip edemeyeceğini test etti. Drenaj voltajına uygulanan darbeler altında cihaz, kademeli uzun süreli güçlenme ve zayıflama sergiledi. Darbe genliğine bağlı plastisite ve zaman içinde değişen iletkenlik de gözlendi.

Çift darbe testlerinde ortaya çıkan hızlı ve yavaş tepki bileşenlerinin, arayüzdeki yük gevşeme süreçleriyle uyumlu olduğu belirlendi. Bulgular, cihazın iletkenliğinin geçmiş girdilerin etkisini taşıyabildiğini ve nöromorfik hesaplamada kullanılabilecek bir fiziksel temel sunduğunu gösterdi.

23 BİNİ AŞKIN ATIM 

MoS₂ cihazı, zamana bağlı verilerin işlendiği EKG uygulamasında fiziksel rezervuar olarak kullanıldı. Çok sayıda cihazdan oluşan bir dizi kurmak yerine, tek memtransistör 10 zaman bölmeli sanal düğümle çalıştırıldı. MIT-BIH aritmi veri tabanındaki 23.818 kalp atışı segmentinin 19.053’ü eğitim, 4.765’i test için ayrıldı.

Normal ve ventriküler ektopik kalp atışlarını ayırt etme testinde yüzde 93,9 genel sınıflandırma doğruluğuna ve 0,965 AUC değerine ulaşıldı. Araştırmacılar, deneyin klinik tanı amacı taşımadığını; temas mühendisliği uygulanmış tek bir cihazın dinamik tepkisini ortaya koyan bir kavram kanıtlama gösterimi olduğunu vurguladı.

ÜRETİME UYUM ARAYIŞI 

Anahtarlama mekanizmasının metal ile MoS₂ arasındaki arayüzde gerçekleşmesi, kanal yapısına müdahale edilmeden bellek davranışının düzenlenmesine olanak verdi. Temas işleminin litografik üretim süreçleriyle uyumlu, çözelti bazlı bir adımla uygulanabilmesi de düzlemsel ve birbirinden bağımsız adreslenebilen yapay sinaptik cihazların geliştirilmesi için yeni bir yol sundu.

Ekip, pratik uygulamalara geçilmeden önce büyük ölçekli entegrasyonun, uzun vadeli donanım güvenilirliğinin ve endüstriyel üretim hatlarıyla uyumluluğun değerlendirilmesi gerektiğini belirtti.