• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
20.04.2020
Денис Гордеев
29 601

Ученые приблизились к созданию нейроморфных компьютеров

4.8

Устройство, созданное из бактериальных белковых структур и металлических электродов, продемонстрировало способность к обучению и созданию новых связей.

нейроморфное устройство
Авторы работы считают свою разработку прорывной / UMass Amherst

Исследователи из Массачусетского университета в Амхерсте создали нейроморфный мемристор на основе белковых нанонитей. Это своеобразная модификация искусственного мозга, которая способна передавать сигналы при очень низком напряжении — порядка нескольких десятков милливольт. Статья об этом опубликована в Nature Communications.

По словам ведущего автора работы Тианда Фу, одним из самых больших препятствий для создания нейроморфных вычислительных устройств является именно то, что большинство обычных компьютеров работают при напряжении выше одного вольта. При этом напряжение сигналов, которые наш мозг направляет по нейронам (так называемые потенциалы действия), — порядка 80 милливольт. Благодаря использованию белковых нанонитей Фу и его коллеги смогли создать мемристоры, которые работают при «неврологических» значениях напряжения.

Электропроводящие протеиновые нити для создания устройства были получены из белков бактерий Geobacter sulfurreducens. Они имеют ряд преимуществ по сравнению с нанопроводами из кремния: так, белковые наноструктуры более стабильны в водных растворах и биологических жидкостях, а для их производства не требуются высокоэнергетические процессы и токсичные химические вещества.

«Впервые [вычислительное] устройство может работать при том же уровне напряжения, что и мозг, — говорит соавтор исследования Цзюнь Яо, специалист по вычислительной технике и электронике. — Люди, вероятно, даже не осмеливались надеяться, что мы сможем создать устройство, которое будет столь же энергоэффективным, <…> но теперь у нас есть реальные доказательства вычислительных мощностей со сверхнизким энергопотреблением». По мнению Цзюня Яо, их разработка — настоящий прорыв в области компьютерной техники.

Микрофотографии мемристорного синапса до того, как на устройство подавались электрические сигналы(a I), после того, как подавались электрические сигналы (a II) и после удаления белков ультразвуком (a III). Рисунок b показывает спектр поглощения белковых структур, полученный при помощи Фурье-спектроскопии. На рисунке с показано напряжение работы устройства при различной относительной влажности. На рисунке d показана вольтамперометрическая характеристика устройства для двух различных типов катодов / Fu, Yao, Lovley et al., Nature Communications, 2020.

В основе работы мемристора лежит способность белков G.sulfurreducens индуцировать электрохимическое восстановление металлов. Устройство состоит из двух серебряных электродов на силикатной подложке; пространство между электродами заполнено бактериальными наноструктурами. Подача сигналов на электроды приводила к тому, что в нанонитях возникали новые соединения и разветвления размером в сотни раз меньше диаметра человеческого волоса.

Этот процесс отдаленно напоминает возникновение новых связей при обучении в мозге человека. «Можно модулировать проводимость или пластичность нановолоконно-мемристорного синапса, чтобы он мог эмулировать биологические компоненты для вычислений, основанных на модели мозга, — говорит Цзюнь Яо. — По сравнению с классическим компьютером это устройство обладает способностью к обучению, которая не обусловлена программным обеспечением».

В дальнейшем создатели нового мемристора планируют «в полной мере изучить химию, биологию и электронику» белковых нанопроводов в мемристорах, чтобы создать устройства, которые могли бы служить полноценным «продолжением нейронов в мозге».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 16:56
Василий Парфенов

В конце июля многие СМИ опубликовали новости с заголовками вида «Земля стала вращаться быстрее — и ученые не знают почему». К концу первой недели августа тема добралась и до русскоязычного сегмента Сети. На поверку этот инфоповод пусть и без негативных последствий, но демонстрирует основные пороки современной (не только научно-популярной) журналистики. Рассказываем, как в действительности изменяется скорость вращения нашей планеты, насколько хорошо известны причины таких осцилляций, а также почему ученые никогда ничего не знают наверняка (и это нормально).

10 августа
Мария Азарова

Команда австралийских исследователей нашла доказательство того, как формировались и развивались зарождающиеся континенты нашей планеты.

10 августа
Василий Парфенов

Изначально выглядевшая многообещающе ракета-носитель Antares в последние годы стала довольно проблемной. Для ее создания требовалась кооперация США, Украины и России, которая в свете сложившейся геополитической обстановки практически невозможна. Решением проблемы станет переход с российских двигателей на созданные в Америке. И ключевую роль в нем сыграет частично украинская компания Firefly Aerospace.

10 августа
Мария Азарова

Команда австралийских исследователей нашла доказательство того, как формировались и развивались зарождающиеся континенты нашей планеты.

10 августа
Анна Новиковская

Быть «кошатником» — вовсе не грех, но, согласно данным нового исследования, такие люди не всегда знают, что лучше для самих кошек. Напротив, хозяева, которые имеют небольшой опыт общения с домашними животными, могут оказаться внимательнее к потребностям питомца и максимизировать его удовольствие от общения с человеком.

10 августа
Василий Парфенов

Изначально выглядевшая многообещающе ракета-носитель Antares в последние годы стала довольно проблемной. Для ее создания требовалась кооперация США, Украины и России, которая в свете сложившейся геополитической обстановки практически невозможна. Решением проблемы станет переход с российских двигателей на созданные в Америке. И ключевую роль в нем сыграет частично украинская компания Firefly Aerospace.

2 августа
Александр Березин

Если западным странам удастся «лишить Кремль нефтяных доходов», то мир ждет геополитическое землетрясение. Только не обязательно в ту сторону, о которой вы сейчас подумали. На фоне того, что последует за «лишением», шок 1973 года может показаться детской игрой. Naked Science попробует оценить размах «потолочного катаклизма» заранее.

31 июля
Александр Березин

Саудовский принц одобрил строительство гигантского «лежачего небоскреба», который должен стать крупнейшим зданием в истории. Причем еще и самым экологичным в мире. Пресса и соцсети полны возмущенных оценок: «это антиутопия!», «проект сырой!» и тому подобным. Однако чисто технически это не так: «Зеркальную линию» на пять миллионов жителей вполне можно построить. И такое здание в самом деле будет энергоэффективным (и формально безуглеродным). Но у проекта есть другие слабые места, лежащие скорее в сфере науки, нежели техники. Naked Science попробовал разобраться в деталях.

27 июля
Алиса Гаджиева

Новое исследование показало, что появившаяся у человека способность переваривать молочный сахар никак не сказалась на распространенности потребления продуктов молочного животноводства.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: