Entwickelt Spanier "Gehirne" aus Graphen zur Förderung der künstlichen Intelligenz?


Der spanische Ingenieur Mario Lanza ist führend in der Anwendung zweidimensionaler Materialien zur Herstellung der modernsten "Festplatten" aus Suzhou, China.

Künstliche neuronale Netze

Der Himmel hat das Paradies, die Erde Suzhou und Hangzhou". Mit diesem Spruch hat China zwei seiner schönsten Enklaven. In der ersten hat der Spanier Mario Lanza sein ganz persönliches Eden gefunden. In der Stadt, die selbst Marco Polo mit Venedig verwechselte, widmet sich der Forscher seinen beiden großen Leidenschaften: seiner Familie und der Nanowissenschaft. Mit mehr als 100 wissenschaftlichen Artikeln, einem Buch, vier Patenten und drei Unternehmen entwickelt Lanza heute die neuen "Festplatten", die die Explosion der künstlichen Intelligenz möglich machen werden.

"Ich hatte immer gedacht, dass ich Erfahrungen sammeln sollte, um in Spanien einen besseren Job zu finden", erzählt er INNOVADORES.

Diese Idee führte den jungen Lanza vom Salesianer-Gymnasium in Sarrià nach Deutschland. Er hatte das Glück, dass die deutsche Universität, an der er studierte, ganz in der Nähe des Hauptsitzes des Chipherstellers Infineon Technologies lag, mit dem sein Doktorvater einen Kooperationsvertrag hatte. So entdeckte der Elektronikingenieur die Forschung und entwarf seine erste Arbeit - noch während seines Erasmus-Studiums. "Das ist ziemlich ungewöhnlich", gibt er zu.

Er kehrte nach Spanien zurück, um zu promovieren, aber die Technologie, die er für seine Arbeit brauchte, war noch nicht so weit fortgeschritten. "Wenn man in der Nanowissenschaft keinen Zugang zu den besten Maschinen hat, ist die Wiederholung von Experimenten sehr viel komplizierter", sagt er. "Ich konnte nicht bleiben." Er packte wieder seine Koffer, ging zurück nach Deutschland und sprang dann nach England. Im letzten Jahr seiner Promotion passierte ihm etwas Kurioses: Er hatte so viele wissenschaftliche Ergebnisse erzielt, dass er die Arbeit an seiner Dissertation vorantreiben konnte, und so beschloss er, die letzten Monate seines Studiums zu nutzen, um Chinesisch zu lernen.

Er vereinbarte mit seinen Professoren, dass er an die Universität Peking umziehen konnte, um vormittags die Sprache zu lernen und nachmittags seine Forschungsarbeit zu beenden. Das war vor einem Jahrzehnt. Ein echtes Kunststück. Nicht viele Menschen haben es in dem asiatischen Land so lange ausgehalten. "Die Leute neigen dazu, aufzugeben, der Wettbewerb dort ist brutal".

Im Jahr 2012 nahm sich Lanza anderthalb Jahre frei, um an der Stanford University zu forschen. Nach seiner Rückkehr nach China erhielt er ein attraktives Angebot der Universität Suzhou und begann ein neues Leben in der "schönsten Stadt Chinas". Er erhielt nicht nur ein sehr großzügiges Stipendium für sein Forschungsprojekt, sondern auch einen Zuschuss von 200.000 Euro, um sich im Land niederzulassen. "Das ist gängige Praxis." Von dort aus leitet er nun die Forschung an einem Gerät, von dem die Leser vielleicht noch nie gehört haben, das aber in naher Zukunft eine Schlüsselrolle spielen wird.

Er wird Memristor genannt und ist im Grunde eine superstarke Festplatte. "Es handelt sich um ein revolutionäres Gerät, das in der Lage ist, riesige Informationsmengen auf sehr kleinem Raum zu speichern und zu verarbeiten", erklärt er. Bisher wurden diese Operationen mit Transistoren durchgeführt, die die Einsen und Nullen des Binärcodes durch Speicherung elektrischer Ladung nachbilden können. Memristoren hingegen speichern Bits auf eine völlig andere Weise: durch Veränderung des elektrischen Widerstands von isolierenden Materialien, die in nanometergroße Kondensatoren eingebettet sind.

Lanzas Forschungsgruppe hat Pionierarbeit bei der Anwendung neuer Verbindungen geleistet, um effizientere Memristoren zu schaffen. Insbesondere hat sie zweidimensionale Materialien wie Graphen und Bornitrid eingeführt, die als Elektroden bzw. Isolatoren wirken. "Sie haben sehr exotische Eigenschaften, zum Beispiel eine hohe mechanische Festigkeit, Flexibilität, Transparenz und eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit", erklärt der Ingenieur.

Sein Team hat weitere Besonderheiten entdeckt, die mit den elektrischen Eigenschaften des Memristors zusammenhängen. Zweidimensionale Materialien haben die Fähigkeit, den elektrischen Widerstand des Memristors sehr genau zu steuern, was es viel einfacher macht, seine Geschwindigkeit einzustellen. "Sie können progressivere Übergänge erzeugen".

Und zu welchem Zweck? Durch die Kontrolle der Leitfähigkeit wird die Leistung der Geräte verbessert. So sehr, dass sie sogar die Funktion neuronaler Verbindungen simulieren können. "Neuronen sind durch Synapsen verbunden, und der Memristor funktioniert auf die gleiche Weise. Künstliche neuronale Netze werden bereits mit dieser Technologie hergestellt (IBM ist in diesem Bereich führend). Lanza ist also federführend bei der Entwicklung der künftigen physischen Gehirne (Chips), die die künstliche Intelligenz steuern werden.