인공지능은 일상생활의 필수적인 부분이 되었으며 의료, 금융, 교통, 엔터테인먼트를 포함한 다양한 분야를 혁신해 왔다. 처리되는 데이터의 양이 크게 증가함에 따라, 인간의 뇌 작동을 모방하는 뉴로모픽 소자들은 우수한 효율성으로 인해 강조되어 왔다. 전형적인 뉴로모픽 소자들은 시냅스 유사 구조를 구성하는 데 초점을 맞춘다. 그러나 생물학적 시냅스는 효율적인 데이터 처리를 위한 보다 복잡한 기전을 갖는다. 가장 두드러진 기전 중 하나는 양성자 활성화(proton activation)로, 이는 신경전달물질의 전달에 앞서 이온 농도 구배를 형성하며 효율적인 계산에 핵심적인 역할을 한다. 본 연구에서는 티로신이 풍부한 펩타이드 박막을 사용하여 양성자-조절형 막리스터(memristor) 소자를 제작함으로써 생물학적 시냅스에서의 양성자 매개 신호전달(proton-mediated signaling)을 성공적으로 모사하였다. 막리스터의 이온 입력은 수소 분위기에서 양성자 투과성 PdH x 접점에 전압을 인가하여 제어하였으며, 그 결과 저항 스위칭 거동을 성공적으로 조절할 수 있었다. 실제 시냅스에서의 “양성자 매개 신호전달”에 상응하는 양성자 주입을 통해 저항 스위칭 및 계산 성능에서 현저한 향상이 관찰되었다. 본 연구는 생체현실성(biorealistic)을 갖는 소자를 설계하기 위한 새로운 패러다임을 제안하며, 이온 기반 뉴로모픽 소자를 정밀하게 제어하는 데 대한 영감을 제공할 것이라고 기대된다.

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