Раскрыта концепция создания «мозга на чипе»

Группа учёных работает над созданием мозгоподобных мемристивных систем , обеспечивающих высочайшую степень адаптивности, энергоэффективности, необходимую для реализации компактных и эффективных нейроинтерфейсов, робототехники нового поколения, искусственного интеллекта, умного города, персонализированной медицины и др.  

Учеными Университета Лобачевского в сотрудничестве с другими коллегами из России, Италии, Китая и США впервые предложена концепция мемристивного нейрогибридного чипа для использования в компактных биосенсорах и нейропротезах.В основе концепции лежат существующие и перспективные решения на стыке нейронных клеточных и микрофлюидных технологий, позволяющие вырастить пространственно упорядоченную живую нейронную сеть, в сочетании с КМОП-совместимыми технологиями создания микроэлектродных матриц и массивов мемристивных устройств для регистрации, обработки и стимуляции в реальном времени биоэлектрической активности.

Со слов заведующего лабораторией Научно-исследовательского физико-технического института ННГУ, взаимодействие разных подсистем организуется на одном кристалле (чипе) и управляется встроенными аналого-цифровыми схемами.

"Реализация такой биосовместимой микроэлектронной системы, наряду с развитием клеточных технологий, обеспечит прорыв в области нейропротезирования с важным конкурентным преимуществом: миниатюрный датчик биоэлектрической активности на основе микро- и наноструктур с возможностью хранения и обработки сигналов в режимах как прямого распространения, так и обратной связи будет играть роль активного нейроинтерфейса для интеллектуального управления нейрональными структурами. Такие возможности недостижимы на основе традиционных архитектур нейроинтерфейсов и могут быть распространены на другие типы биоэлектрических сигналов для решения проблем регистрации сигналов активности мозга, сердца и мышц, а также состояния кожи в составе носимых систем обработки сигналов и диагностики",

– подчеркнул Алексей Михайлов.

В настоящее время ученые для разработки и создания двунаправленных нейроинтерфейсов применяют сложные электронные схемы, реализующие специальные математические модели и нейроморфные принципы обработки информации. Такие электронные системы основаны на традиционной компонентной базе и не отвечают требованиям энергоэффективности и компактности для безопасного взаимодействия с живыми культурами или тканями на одном чипе.

"Мемристоры, созданные учёными из России и Италии, обладают уникальным свойством нелинейной резистивной памяти и являются перспективными элементами аналоговых систем обработки информации, в том числе с нейроноподобной структурой, а также можгут служить датчиками электрофизиологической активности с функцией одновременного накопления и энергонезависимого хранения информации",

– отмечает Алексей Михайлов.

"Именно уникальные свойства мемристивных устройств определяют их решающее значение в разработке прикладных нейроморфных и нейрогибридных систем для нейровычислительных устройств, интерфейсов «мозг-компьютер» и нейропротезирования. Данные сферы займут значительную часть мирового рынка высоких технологий объемом в триллионы долларов к 2030 г. с учетом скорости развития и внедрения технологий искусственного интеллекта, Интернета вещей, технологий «больших данных», «умного города», робототехники, а в ближайшем будущем, также нейропротезирования и инструментальной корректировки / поддержки / усиления когнитивных способностей человека",

– говорит в заключение Алексей Михайлов.

Соответствующее экспертное мнение группы учёных в форме статьи-перспективы опубликовано в журнале Frontiers in Neuroscience (https://doi.org/10.3389/fnins.2020.00358) в рамках специального выпуска «Новые технологии и системы для биологически правдоподобной реализации нейронных функций».

Различные исследовательские задачи в рамках реализации данной концепции уже активно решаются в университете Лобачевского при поддержке Российского научного фонда (грант № 16-19-00144), – в части создания массивов металл-оксидных мемристоров для двунаправленного нейроинтерфейса, Российского фонда фундаментальных исследований (гранты №№ 18-29-23001 и 20-01-00368), – в части мозгоподобных мемристивных нейросетевых архитектур и спайковых нейронных сетей, а также Правительства Российской Федерации (Соглашение № 074-02-2018-330 (2)), – в части индуцированных шумом явлений в мемристивных материалах, устройствах и сетях.

Отдел по связям с общественностью и онлайн-образованию ННГУ им. Н.И. Лобачевского

Все статьи в группе носят информационный характер и служат для дальнейших собственных суждений

Источник: vk.com

Комментарии: