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Computadoras de hoy se construyen utilizando los tres elementos fundamentales circuito pasivo de dos terminales: el condensador, la resistencia y el inductor. Elementos pasivos sólo son capaces de disipar o almacenamiento de energía, no generarla. Estos elementos se establecieron en la 18th ydel siglo 19 y se ligan a través de las ecuaciones de Maxwell. Definimos cada uno de estos componentes de tres circuito en términos de su relación entre dos de las variables del circuito de cuatro, a saber, corriente (I), voltaje (V), carga (Q) y acoplamiento de flujo (φ). La carga es el integral del tiempo de la corriente y ley de Faraday define la tensión como la integral de tiempo del flujo. Así, un condensador se define por una relación entre el voltaje y la carga, una resistencia se define por una relación entre voltaje y corriente, y el inductor es definido por una relación entre flujo y corriente. Para bien sobre un siglo, estos elementos fueron una piedra angular de la electrónica. Sin embargo, representan sólo tres de los posibles pares de cuatro relación entre las variables del circuito, dejando flujo-acoplamiento y carga disociados. En 1971, Leon Chua publicó un papel1 donde él postuló que había un cuarto elemento que falta que las dos variables restantes, que él llamó el memristor. El memristor puede ser descrito como un resistor que recuerda su historia, por lo tanto la contracción 'resistencia memoria.' Funciones de este elemento, alterando su resistencia según la magnitud del voltaje aplicado previamente y su duración. Por otra parte, el memristor conserva su último estado de la resistencia una vez que ya no se aplica la tensión. A diferencia del condensador, resistor y inductor, comportamiento del memristor es no lineal, que es evidente en su perfil-V donde se forma un lazo de histéresis aprisionamiento bajo una tensión de CA. Este circuito toma la forma de una figura de Lissajous que contiene dos oscilaciones perpendiculares de Estados resistentes a altas y bajas. Antes teoría de memristance formalizado de Chua, otros investigadores habían informado sobre los efectos de memoria de la resistencia a ciertas frecuencias cuando experimentar con materiales tales como polímeros y óxidos metálicos, junto con el desarrollo de dispositivos eléctricos en el micrómetro escala2. Sin embargo, en muchos casos, estos efectos fueron considerados indeseables. Tardó casi cuarenta años para formalización de Chua para conectarse a un dispositivo físico y para los investigadores comenzar a desarrollar métodos de explotar efectos de memristive. Un equipo en los laboratorios de HP tuvo éxito en la fabricación de un dispositivo de memristive en 20083 que encendió el enorme interés en el elemento.
Científicos de la computación tienen un gran interés en el memristor debido a que se acredita como el primer elemento para combinar capacidades de procesamiento y memoria en una sola unidad. También muestra comportamientos que son análogas a ciertos procesos neurológicos como Spike-tiempo-dependiente de la plasticidad (STDP)4, por nombrar uno. Tales conductas están dando lugar a perspectivas de construir cerebro-como tecnologías de computación que renunciar a la distinción entre la memoria y la unidad central de procesamiento (o CPU)5. En contraste con los enfoques populares al desarrollo de memristores (con TiO2, por ejemplo), nuestra ambición es desarrollar un memristor de bio orgánico. Además, estamos interesados en cómo este componente puede proporcionar medios de explorar paradigmas más allá de los enfoques convencionales para dispositivos informáticos de ingeniería; por ejemplo, aplicaciones creativas en el campo de la música por ordenador6.
Memristance es un efecto que los investigadores han descubierto recientemente en toda una gama de sistemas biológicos. Por ejemplo, se han observado propiedades memristive en aloe vera plantas7 y piel humana8para citar sino dos. Estos descubrimientos indican que es posible implementar dispositivos de procesamiento y memoria en los substratos biológicos. Aprovechamiento de sistemas orgánicos dentro de la tecnología puede permitir a nosotros para explorar conceptos interesantes tales como uno mismo-Asamblea, reparación automática y de bajo impacto ambiental y la alimentación. Antes de que podemos investigar estas oportunidades sin embargo, varios retos deben abordarse. Muchos de los sistemas biológicos que tienen propiedades memristive tienen importantes limitaciones que limitan su viabilidad como un componente electrónico real. Por ejemplo, una hoja de aloe vera7 necesita luz, tiene una vida útil limitada y sería difícil de integrar en un circuito. Además, varios otros en vivo memristive fenómenos, tales como conductos de sudor humano8, no son opciones factibles en la actualidad para el desarrollo de sistemas para su uso fuera del laboratorio y en sistemas electrónicos todos los días. Sin embargo, de todos los fenómenos de memristive, hay un candidato de potenciales: p. polycephalum.
El plasmodium p. polycephalum es un sistema unicelular amorfo que se ha descubierto como un componente de memristive9,10. Este microorganismo es un candidato ideal para la investigación en electrónica de hardware wetware híbrido para un número de razones. En primer lugar, el organismo es macroscópico, no patógenas y no exige el uso de equipo de especialista, que hace accesible a los ingenieros y biólogos no el plasmodium. En segundo lugar, la célula es amorfa, forma redes de cable-como las venas y crecerá en la mayoría de sustratos (figura 1). Estas propiedades permiten la morfología de la célula delinear fácilmente para ajustarse a un esquema eléctrico convencional. También hay investigaciones que demuestran que el plasmodium puede vivir por más de cuatro años11, y que sus venas pueden actuar como uno mismo-reparación vías conductoras12. Varios estudios de laboratorio han confirmado memristive habilidades9,10,13 del organismo y ahora es hora de explorar su potencial.
La idea de usar P. polycephalum memristores es relativamente nuevo. Como resultado, hay no hay normas establecidas para la medición y observación de sus características eléctricas. Falta de uniformidad en procedimientos experimentales del mismo grupo y entre grupos puede ser la razón que hay incongruencias entre publicado resultados9,10. Es probable que dicha variación es más prominente en su manejo y las condiciones de crecimiento de la muestra. Así, debemos establecer métodos para la producción y pruebas memristores de p. polycephalum donde factores que podrían causar errores son mejor controlado y supervisado. Además, tenemos que crear métodos de aplicación de p. polycephalum memristores que permiten estable y fácil integración en sistemas eléctricos.
El método presentado en este artículo proporciona una plataforma para la exploración de aplicaciones prácticas de p. polycephalum memristores proporcionando medios de incorporar el organismo como un componente en un diagrama eléctrico esquemático. Es probable que estas técnicas serán de interés para ingenieros buscan para explorar aplicaciones reales de sistemas de hardware wetware híbridos. Además, es accesible a los no expertos (por ejemplo, los entusiastas de prototipos electrónicos de código abierto) que puede estar interesado en experimentar con aspectos de la computación no convencional pero les ha resultado difícil encontrar prototipos para adaptarse a sus necesidades. Algunas aplicaciones potenciales pueden incluir modelos probabilísticos aprovechar los memristores clavar comportamiento, desarrollar enfoques a realizar con lunifo operaciones, modelado de procesos neurológicos para almacenamiento de información y procesamiento.