Инженеры из Университета Массачусетса в Амхерсте создали искусственный нейрон, электрическая активность которого максимально приближена к работе настоящих мозговых клеток. Эта разработка основана на предыдущих исследованиях команды, где использовались белковые нанонити, полученные из бактерий, способных вырабатывать электричество. Новый подход открывает перспективы для создания компьютеров, работающих с эффективностью, сравнимой с живыми системами, а также для прямого соединения электронных устройств с биологическими тканями.

Энергоэффективность мозга и искусственных нейронов

Человеческий мозг способен обрабатывать огромные объемы информации при минимальном энергопотреблении — он более чем в 100 раз эффективнее традиционных компьютерных схем. Для выполнения задачи, например написания текста, мозгу требуется около 20 ватт, тогда как крупные языковые модели могут потреблять свыше мегаватта. Инженеры давно стремятся создать искусственные нейроны для более энергоэффективных вычислений, однако достижение биологических уровней напряжения оставалось сложной задачей. Ранее созданные искусственные нейроны требовали в 10 раз больше напряжения и в 100 раз больше энергии по сравнению с новой разработкой. Новые нейроны функционируют при напряжении всего 0,1 вольта, что сопоставимо с нейронами человеческого тела.

Возможные применения

Искусственные нейроны могут быть использованы для создания компьютеров, работающих по биологическим принципам, а также в электронных устройствах, способных напрямую взаимодействовать с человеческим организмом. Современные носимые электронные системы требуют усиления сигналов для их анализа компьютером, что увеличивает энергопотребление и усложняет схемы. Сенсоры, построенные на новых низковольтных нейронах, могут работать без дополнительного усиления.

Технологическая основа

Ключевым элементом новых нейронов стала белковая нанонить, синтезированная из бактерии Geobacter sulfurreducens, которая способна производить электричество. Ранее на основе нанонитей этой бактерии были созданы биоэлектрические пленки, работающие от пота, «электронный нос» для диагностики заболеваний и устройства для сбора электричества из воздуха.

Поддержка исследования

Проект был поддержан Армейским исследовательским управлением, Национальным научным фондом США, Национальными институтами здравоохранения и Фондом Альфреда П. Слоуна.