Крупный компьютерный прорыв позволил исследователям разработать устройства со сверхнизким энергопотреблением, способные работать при том же уровне напряжения, что и мозг.
Ученые из Университета Массачусетса в Амхерсте нашли способ использовать биологические, проводящие электричество нити, чтобы сделать электронное запоминающее устройство известным как мемристор.
Используя белковые нанопроволоки, разработанные бактерией Geobacter, ученые поняли, что могут создать такое же энергоэффективное устройство, как синапс человеческого мозга. Детали новой технологии были опубликованы в журнале Nature Communications.
«Люди, вероятно, даже не осмеливались надеяться, что мы сможем создать такое же энергоэффективное устройство, как биологические аналоги в мозге, но теперь у нас есть реальные доказательства вычислительных возможностей со сверхнизким энергопотреблением», — сказал исследователь и специалист по компьютерной инженерии. соавтор Цзюнь Яо.
«Это концептуальный прорыв, и мы думаем, что он вызовет много исследований в области электроники, которая работает в режиме биологического напряжения».
Чтобы протестировать нанопроволоки, ученые экспериментировали с импульсной схемой включения-выключения, посылаемой через крошечную металлическую нить, в 100 раз меньшую, чем диаметр человеческого волоса. Паттерн положительно-отрицательного заряда создал эффект, похожий на процесс обучения в реальном мозге.
«Вы можете модулировать проводимость или пластичность синапса с нанопроволокой и мемристором, чтобы он мог эмулировать биологические компоненты для вычислений, основанных на мозге», — сказал доктор Яо. «По сравнению с обычным компьютером это устройство обладает возможностью обучения, не основанной на программном обеспечении».
Биологические нанопроволоки предлагают много преимуществ по сравнению с искусственными кремниевыми нанопроволоками, за исключением того, что они требуют значительно меньшего количества энергии. Они более стабильны в воде или биологических жидкостях, что означает, что они могут использоваться для биомедицинских применений, таких как устройства для измерения сердечного ритма. Доктор Ю сказал, что они даже могут быть интегрированы с существующими биологическими процессами для функциональности в духе киборга.
Он сказал, что его команда теперь планирует «полностью изучить химию, биологию и электронику» нанопроволоки, добавив: «Это дает надежду на возможность того, что однажды это устройство сможет взаимодействовать с реальными нейронами в биологических системах»
