In materia reservoir computing with a fully memristive architecture based on self-organizing nanowire networks

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作者
Gianluca Milano,Giacomo Pedretti,Kevin Montano,Saverio Ricci,Shahin Hashemkhani,Luca Boarino,Daniele Ielmini,Carlo Ricciardi
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:21 (2): 195-202 被引量:425
标识
DOI:10.1038/s41563-021-01099-9
摘要

Neuromorphic computing aims at the realization of intelligent systems able to process information similarly to our brain. Brain-inspired computing paradigms have been implemented in crossbar arrays of memristive devices; however, this approach does not emulate the topology and the emergent behaviour of biological neuronal circuits, where the principle of self-organization regulates both structure and function. Here, we report on in materia reservoir computing in a fully memristive architecture based on self-organized nanowire networks. Thanks to the functional synaptic connectivity with nonlinear dynamics and fading memory properties, the designless nanowire complex network acts as a network-wide physical reservoir able to map spatio-temporal inputs into a feature space that can be analysed by a memristive resistive switching memory read-out layer. Computing capabilities, including recognition of spatio-temporal patterns and time-series prediction, show that the emergent memristive behaviour of nanowire networks allows in materia implementation of brain-inspired computing paradigms characterized by a reduced training cost. A network of self-organized nanowires combined with a memristive read-out layer is used to demonstrate a hardware implementation of reservoir computing for recognition of spatio-temporal patterns and time-series prediction.
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