De eerste functionerende memristor ziet er zo uit onder een elektronenmicroscoop.

Huid zit vol met futuristische memristoren

Memristoren beloven elektronica zoals we die kennen behoorlijk op zijn kop te zetten. De eerste proof-of-concept memristor – een elektronisch onderdeel dat tegelijkertijd weerstand en geheugen is – dateert pas van het jaar tweeduizend. Zoals wel vaker blijkt de natuur ons miljoenen  jaren voor te zijn geweest. Onderzoekers vonden namelijk memristoren in onze huid…

Wat zijn  memristoren?
Memristor is een samentrekking van de woorden “memory”  en “resistor”. Een weerstand met een geheugeneffect dus. Dit geheugeneffect bestaat uit het dalen van de weerstand als er veel spanning op een memristor staat of stroom in een bepaalde richting door een memristor heen loopt. Loopt de stroom de andere kant op, dan stijgt de weerstand van de memristor juist.

Alle elektronica bestaat uit drie fundamentele onderdelen. De weerstand (die stroom afremt), de condensator (die elektrische lading opslaat) en de spoel (die een magnetisch veld opwekt). Deze zijn al langer dan een eeuw bekend. De memristor is de eerste fundamenteel-nieuwe toevoeging aan dit drietal.

De eerste functionerende memristor ziet er zo uit onder een elektronenmicroscoop.
De eerste functionerende memristor ziet er zo uit onder een elektronenmicroscoop.

Memristoren bestaan maar sinds kort. Het mogelijk bestaan van memristoren werd begin zeventiger jaren voorspeld door vaste-stoffysicus Leon Chua op de Califorische universiteit Berkeley. De eerste praktische en functionerende memristor dateert van 2008 en is extreem klein, enkele tientallen nanometers.

Bijzonder aan memristoren is dat ze ook als de stroom wordt uitgeschakeld, hun weerstandswaarde behouden. Ze dienen dus tegelijkertijd als geheugenonderdeel, diode en elektrische weerstand. Ze vormen de droom voor elektronici omdat ze meerdere functies tegelijk vervullen. De elementaire magnetische gebiedjes die nu in harde schijven voor informatieopslag worden gebruikt, moeten namelijk door een ander onderdeel (een spoeltje) ingesteld en afgelezen worden. Memristoren beloven daarom extreem energiezuinige, compacte en veelzijdige computers en elektronica op te leveren.

Memristoren bieden daarnaast de mogelijkheid voor totaal nieuwe elektronica en vormen wellicht de missing link om neurale netwerken (zoals onze hersenen) rechtstreeks in elektronica te kunnen verwezenlijken. Kortom: voor een compleet nieuwe computerarchitectuur. Ook voor zenuwcellen geldt namelijk dat ze meer synapsen – verbindingen – aanmaken als ze veel worden gebruikt. Dit effect is enigszins te vergelijken met het dalen van de weerstand bij memristors waar veel stroom doorheen loopt in de juiste richting. Elektronici moeten nog leren om om te gaan met dit element, maar naar verwachting zullen er veel toepassingen voor dit unieke en zeer veelzijdige componentje ontwikkeld worden, zoals al eerder met de laser gebeurd is.

Kortgeleden is ontdekt dat de zweetporiën van onze huid zich net zo gedragen als een memristor.
Dat (zout, dus elektrisch geleidend) zweet de elektrische weerstand van onze huid zeer sterk beïnvloedt, is al langer bekend. Op dit principe berust de leugendetector. Als een verdachte letterlijk het koude angstzweet uitbreekt, neemt zijn elektrische weerstand af. De polygraaf registreert dan een piek. Dit werkt overigens niet bij psychopaten, omdat zij emotioneel niet geraakt worden door hun misdaden.
Nu blijkt de huid ook net als een memristor te “onthouden” of er eerder een positieve of negatieve spanning over de huid heeft gestaan: de huid wordt meer geleidend als er eerder een negatieve spanning op heeft gestaan en juist minder geleidend andersom.

Dit komt omdat de positieve ionen in zweet (voornamelijk natriumionen) aan worden getrokken door de negatieve spanning en zo de zweetporie vullen met vloeistof. Hierdoor daalt de weerstand. De weerstand stijgt als het vloeistoflaagje door positieve spanning omlaag wordt geduwd.

Gevolgen
Memristors worden steeds meer gezien als een essentieel onderdeel van “denkende” elektronica. Misschien dat tot nu toe onverklaarde “lerende” vermogens van wezens zonder zenuwstelsel als amoebes kunnen worden verklaard door memristieve effecten (die ook in amoebes zijn aangetoond). Zou niet een groot deel van het denken van eenvoudige organismes (en wat dat betreft: ook ingewikkelder, zoals mensen) gebruik kunnen maken van dit principe? Uit diverse onderzoeken blijkt dat sommige mensen gevoelig zijn voor zwakke elektrische invloeden in de omgeving. Zou dit memristieve gedrag van de huid deze gevoeligheid versterken? Zou dit misschien ook invloed kunnen hebben op de sensaties die mensen ervaren als ze door iemand worden aangeraakt of gemasseerd? Kortom: deze ontdekking roept veel zeer interessante vragen op…

Bron: New Scientist, Springer Links