Ученые приблизились к созданию нейроморфных компьютеров — Naked Science
7 минут
Денис Гордеев

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.
Позавчера, 20:30
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

Позавчера, 14:08
8 минут
Александр Березин

Исследователь из Гарварда проанализировал вероятность полного оледенения всей поверхности — включая экватор — для планет земного типа. Оказалось, это частый сценарий. И он может быть причиной уничтожения всей сложной жизни. Работа показывает неожиданную уязвимость нашей планеты для такого хода событий. По расчетам, в последние 20 тысяч лет Земля прошла буквально в нескольких градусах от полного и постоянного оледенения, исключающего выживание крупных наземных многоклеточных.

Вчера, 15:10
14 минут
Василий Парфенов

Сэру Тимоти Бернерсу-Ли мы обязаны созданием основы современной глобальной паутины. Но за 32 года с момента появления революционного проекта WWW интернет стал разительно отличаться от первоначальной задумки. Сеть превратилась в место манипуляций, рассадник преступлений против прав человека и колоссальный рынок персональных данных. Поэтому Бернерс-Ли уже несколько лет взращивает новое начинание, предназначенное для исправления ситуации, — сеть Solid.

Позавчера, 20:30
4 минуты
Илья Ведмеденко

Исследователи установили, что обнаруженный в Баренцевом море объект — погибшая советская субмарина типа «Крейсерская». Это одна из самых больших подлодок СССР периода Второй мировой.

12 апреля
4 минуты
Сергей Васильев

Каждый год на поверхность планеты оседают более 5000 тонн мелких частиц от комет и астероидов — на порядки больше, чем приносят падающие массивные метеориты.

Позавчера, 14:08
8 минут
Александр Березин

Исследователь из Гарварда проанализировал вероятность полного оледенения всей поверхности — включая экватор — для планет земного типа. Оказалось, это частый сценарий. И он может быть причиной уничтожения всей сложной жизни. Работа показывает неожиданную уязвимость нашей планеты для такого хода событий. По расчетам, в последние 20 тысяч лет Земля прошла буквально в нескольких градусах от полного и постоянного оледенения, исключающего выживание крупных наземных многоклеточных.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

26 марта
12 минут
Василий Парфенов

Похоже, история с американскими военными и «неопознанными воздушными феноменами» только набирает обороты. Новое расследование раскрыло многократные встречи нескольких кораблей Военно-морского флота Соединенных Штатов с аномально ведущими себя летательными аппаратами. Причем происходило это вне пределов досягаемости для любого коммерческого дрона или иного известного компактного БПЛА.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: