Memristorit antavat elektroniikalle muistia samaan tapaan kuin synapsit hermoverkolle.

Teksti: Kalevi Rantanen

Memristorit antavat elektroniikalle muistia samaan tapaan kuin synapsit hermoverkolle.

Julkaistu Tiede -lehdessä 3/2011.Viime elokuussa elektroniikkajätti Hewlett-Packard ja eteläkorealainen muistinvalmistaja Hynix Semiconductor ilmoittivat aikovansa aloittaa memristorien massavalmistuksen. Kauppaan ne lupaavat tuotteita kolmen vuoden päästä. Ensi vaiheessa saadaan parempia muisteja kännyköihin, mp3-musiikkisoittimiin ja muihin vekottimiin. Kehitys on kulkenut nopeasti, sillä memristorin prototyypin rakensivat vain kolme vuotta sitten Palo Altossa Kaliforniassa neljä Hewlett-Packardin tutkijaa: fyysikot Stan Williams, Dmitri Strukov ja Duncan Stewart sekä tietokonesuunnittelija Gregory Snider. Memristori on muistivastus, joka koostuu johtavasta ja eristävästä kerroksesta. Koska kerrosten paksuus on pieni, nanometriluokkaa, memristori toimii toisin kuin tavallinen resistori eli vastus.Memristorin vastus riippuu virran suunnasta ja liitoksen läpi kulkevien varausten määrästä. Virran kulkiessa yhteen suuntaan vastus kasvaa ja suunnan vaihtuessa vähenee. Tavallisen resistorin vastus pysyy samana.Kiinnostavin piirre on muisti. Memristori säilyttää katkaisuhetken vastuksen. Tavallisen resistorin vastus pysyy vakiona.

Kuin vesi muokkaisi johtoa Tehdäkseen memristorin toiminnan helpommin hahmotettavaksi Stan Williams vertaa sitä vesijohtoon. Vesiputki kuvaa vastusta, vesi sähkövarauksia, veden virtaus sähkövirtaa ja paine jännitettä.Jos vesijohto toimisi memristorin tavoin, sen halkaisija suurenisi veden virratessa yhteen suuntaan ja pienenisi, kun virran suunta vaihtuisi. Kun virtaus suljettaisiin, putken mitta jäisi ennalleen. Vesijohto ei todellisuussa voi käyttäytyä näin, mutta nanotekniikassa ja hermofysiologiassa tilanne on toinen. Vääräleuat nimittelivät jo 1950-luvulla alkeellisia tietokoneita sähköaivoiksi, mutta nyt vitseihin alkaa tulla totuuden murua. Tutkijat uskovat, että memristorilla voi jäljitellä aivotoimintaa. Hermosolu koostuu solukeskuksesta sekä dendriiteistä eli tuojahaarakkeista ja aksoneista eli viejähaarakkeista. Soluja ja haarakkeita liittävät toisiinsa synapsit. Hermofysiologit ovat jo kauan tienneet, että synapsi ei vain päästä lävitseen ärsykkeitä, vaan muistaa tapahtumia, hermoston aiempaa aktiivisuutta.

Eletunnistukseen voimaa Uusi tekniikka mahdollistaa jännittäviä sovelluksia.– Erityisen hyvin memristorille sopivat rinnakkaiset laskentatehtävät, kertoo dosentti Mika Laiho Turun yliopistosta. – Sellaisia tarvitaan esimerkiksi, kun laite havainnoi ympäristöään ja tekee nopeita päätelmiä.Siksi memristorit auttavat kehittämään lisää eleillä ohjattavia laitteita, jotka reagoivat ympäristöön reaaliaikaisesti (ks. Vartalo vie, peli vikisee, Tiede 2/2011). Ehkä tuleva kotirobottisi osaa tulkita liikkeitäsi juuri memristorien ansiosta.

Sopii massatuotantoonTärkeä memristorin piirre on valmistettavuus. – Memristori on ensimmäinen nanokomponentti, joka soveltuu massavalmistukseen, Laiho sanoo.Suomalaisia kiinnostaa etenkin mahdollisuus painaa memristoreja. Oulussa käynnistellään tutkimusta niiden käytöstä painetussa elektroniikassa. Esitestejä on jo tehty. – Olemme kilpasilla transistoripuolen kanssa; painettavia transistoreita ei vielä ole, kertoo professori Juha Häkkinen Oulun yliopiston Optoelektroniikan ja mittaustekniikan laboratoriosta.

Memristoripelejä painokoneestaPainettu, massatuotantoon sopiva haihtumaton muisti on tulossa muutamassa vuodessa. Painetut mikroprosessorit ja tietokoneet ovat vielä kaukana, mutta memristorien avulla painettuun elektroniikkaan saataisiin yksinkertaista logiikkaa. Sillläkin kyetään tekemään paljon. Käyttöliittymissä painetut memristorit auttavat konetta ymmärtämään käyttäjän viestejä. Lääketieteessä hyödytään ”älylakmuksesta” eli tekniikasta, joka muuttaa analyysitietoa helppolukuiseen muotoon. Nopeasti koteihin ehtiviä sovelluksia ovat älykkäät lautapelit. 

Palstan pitäjä Kalevi Rantanen on diplomi-insinööri, tietokirjoittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

Suomalaistutkija havaitsi, että maaseudun monimuotoinen luonto saattaa suojata koiria allergialta. Se antaa tukea biodiversiteettihypoteesille.

Kaupunkilaiskoirilla on enemmän allergioita kuin maaseudulla asuvilla. Vähiten allergioita on koirilla, jotka elävät maalla maalaismaiseen tapaan monilapsisessa, muitakin eläimiä omistavassa perheessä ja saavat ulkoilla vapaasti kotipihalla.

Tällaisia asioita koirista Jenni Lehtimäki sai selville väitöstutkimuksessaan, josta Helsingin Sanomat kertoo jutussaan.

Ihmisistä tosin ei samanlaista yhteyttä löytynyt allergioiden ja asuinpaikan väliltä.

Lehtimäki testasi biodiversiteettihypoteesia. Sen mukaan immuunijärjestelmämme häiriintyy ja allergian tapaiset tulehdusperäiset sairaudet lisääntyvät, kun ympäristön monimuotoisuus hupenee ja me altistumme entistä vähemmille luonnon mikrobeille.

Väitöskirja koostui neljästä tutkimuksesta, joista kaksi käsitteli lapsia ja kaksi lemmikkikoiria.

Kummassakaan lapsitutkimuksessa ei löytynyt merkittävää yhteyttä allergioiden ja ihon mikrobien tai luonnon monimuotoisuuden välillä.

Toisin oli lemmikkien laita. Koiranomistajille suunnatun kyslytutkimusken mukaan sairaimpia olivat kaupunkilaiskoirat, joista noin 17 prosentilla oli allergiaa. Maalla osuus oli viitisen prosenttia.

”Kysely osoittaa ensimmäistä kertaa urbaanin ympäristön ja muun nisäkkään kuin ihmisen allergian välisen yhteyden”, Lehtimäki kertoo.

Vielä selvemmän näytön tarjoaa neljäs tutkimus, johon osallistui yhteensä 170 labradorinnoutajaa ja suomenlapinkoiraa.

Se paljasti, että eniten allergioista kärsivät kaupungissa esimerkiksi kerrostalossa asuvat koirat, joilla on ”urbaani elämäntyyli”. Niiden hoidosta vastaa yksi ihminen, joka harrastaa monenlaista ja lenkkeilee paljon koiran kanssa.

Harvinaisimpia allergiat ovat maalaiseen tapaan maalla elävillä koirilla. Niiden iholla on viljalti ympäristöstä peräisin olevia bakteereja.

Lehtimäki ihmettelee, miksi ympäristön ja allergian yhteys tuli ilmi koirilla muttei lapsilla.

”Allergia on monimutkainen sairaus ja ihmiselämä on monimutkaista, mikä saattaa piilottaa ympäristön vaikutuksen”, hän miettii.

Täysin piiloon ihminen ei kuitenkaan jäänyt. Kyselytutkimuksessa paljastui, että jos allergia vaivaa koiraa, omistajakin on todennäköisesti allergikko. Tämä johtuu epäilemättä jostain yhteisestä tekijästä koiran ja omistajan elämäntavoissa tai ympäristössä.

”Maaseutumaisessa ympäristössä koiran ja ihmisen elimistö altistuu mikrobeille, jotka jollakin tavalla tukevat immuunijärjestelmän toimintaa”, Lehtimäki toteaa.

Kysely

Uskotko biodiversiteettihypoteesiin?

Tutustu sisältöön ja lue uusi lehti digilehdet.fi:ssä.

 

Tieteessä 2/2018 

 

PÄÄKIRJOITUS

Kun viha vie

Vihapuhuja ratsastaa alkukantaisella reaktiolla.

 

PÄÄUUTISET

Unissa puhutaan rumia

Myöntisen päiväminän takaa kurkkii
kielteinen yöminä – hyvästä syystä.

Alienkivi on yksi miljoonista

Tähtienvälisiä asteroideja syöksyy
aurinkokunnan läpi jatkuvasti.

Nykyihminen seikkaili
ulos Afrikasta useita kertoja

Yhden ulostulon malli ei enää mitenkään
istu Aasian löytöihin.

Korallit kalpenevat kiihtyvää tahtia

Lämpenevät vedet riistävät
polyypilta elintärkeän kumppanin.

 

ARTIKKELIT

Migreeni vyöryy aivorungosta

Kun sähköt sekoavat hermokeskuksessa,
kipuviestit kiihdyttävät aivot hälytystilaan.

Esinisäkkäät
Maailman valtiaat ennen dinosauruksia

Kehitys kohti meitä käynnistyi jo silloin,
kun maapallon mantereet olivat vielä yhtä.

Siittiöt hukassa

Enää hälytyskellot eivät kilise van kumisevat.
Miesten siittiömäärät ovat romahtaneet.

James Bond
Harmaa agentti hurmasi maailman

Vastoin odotuksia huomaamaton vakooja sai
valtavan huomion. Kohu teki fiktiosta faktaa.

Liikenne jättää tiet

Visio on villi muttei utopiaa. Jokainen sopiva
maapala tarvitaan luonnolle ja ruoalle.

Ennen paras mies oli poikamies

Naiset ja seksi eivät ole aina olleet miehen mitta.
Elämän tärkeät asiat löytyivät pitkään toisaalta.

 

TIEDE VASTAA

Voiko pissa jäätyä kaarelle?

Haudataanko vainajat ilmansuuntien mukaan?

Mikä on puujalkavitsi?

Miksi kuusi kestää lumen painon?

Miten norppa löytää takaisin avannolle?

Voiko avaruusaseman palauttaa Maahan?

 

KIRJAT

Oma dna kantaa suvun historiaa

Marja Pirttivaara teki suomalaisille sukututkijoille uudenlaisen kätevän oppaan.

 

KUVA-ARVOITUS

Klassikkopalsta

kutsuu lukijoita tulkitsemaan kuvia lehden Facebook-sivustolle: facebook.com/tiede.fi

 

OMAT SANAT

Valoa kohti

Entisinä aikoina kantasana tarjosi myös lämpöä.

 

Jos olet Sanoman jonkin aikakauslehden tilaaja, voit lukea uusimman numeron jutut Sanoman Digilehdet-palvelussa.

Ellet vielä ole ottanut tilaukseesi kuuluvaa digiominaisuutta käyttöön, tee se osoitteessa https://oma.sanoma.fi/aktivoi/digilehdet. Aktivoinnin jälkeen pääset kirjautumaan suoraan digilehdet.fi-palveluun.