Ворсинки бактерий позволили сделать работающий от биотока искусственный нейрон

МЕНЮ


Искусственный интеллект
Поиск
Регистрация на сайте
Помощь проекту

ТЕМЫ


Новости ИИРазработка ИИВнедрение ИИРабота разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика

Авторизация



RSS


RSS новости


Использование проводящих пилей бактерий Geobacter sulfurreducens позволило многократно уменьшить рабочее напряжение мемристоров до 50 милливольт. Маленькое напряжение позволяет использовать такие устройства в качестве искусственных нейронов, подключаемых напрямую к живым нервным цепям, что поможет в создании эффективного нейроинтерфейса. Статья опубликована в журнале Nature Communications.

Мозг животных, хотя и уступает компьютеру в арифметических операциях, гораздо эффективнее его в решении обычных бытовых проблем, таких как распознавание образов. Искусственные нейросети, по сути, программным образом имитируют работу живых нейронных сетей. Если бы процессор не эмулировал работу нейронной сети, а сам работал по ее принципу на физическом уровне, это бы существенно увеличило производительность.

В качестве основы потенциального нейроморфного процессора ученые рассматривают мемристоры — устройства, проводимость которых кратковременно увеличивается под действием электрических импульсов, что делает их функционально схожими с нейронами. Кроме того, с их помощью можно создавать нейроинтерфейсы. Проблема в том, что рабочее напряжение мемристоров, под действием которого они начинают увеличивать проводимость, лежит в диапазоне 0,2-2 вольт, а типичный биоток составляет всего около 50 милливольт, поэтому их невозможно подключать к нервам напрямую без преобразователей.

Тианда Фу (Tianda Fu) из Массачусетского университета (UMASS) и ее коллеги придумали, как снизить рабочее напряжение мемристоров. Обычно, в них за увеличение проводимости отвечает следующий процесс: на аноде металл окисляется до положительного иона, перетекает на катод, и на катоде восстанавливается до нейтрального.

Схема работы мемристора: ионы переходят с одного электрода на другой

Fu et al. / Nature Communications, 2020

Атомы используемых металлов, например, серебра, легко окисляются до ионов, но гораздо хуже восстанавливаются, и чтобы это изменить нужен катализатор.

Бактерии Geobacter sulfurreducens окружены проводящими наноразмерыми пилями (ворсинками), которые они используют для обмена электронами с минералами и другими клетками. Для данного исследователя эти ворсинки были интересны тем, что они способствуют восстановлению металлов.

Fu et al. / Nature Communications, 2020

Пили собрали с бактерий, и поместили в 200-нанометровый зазор между серебряными катодом и анодом. Получившийся мемристор кратковременно переходил в состояние с низким сопротивлением при напряжении в 60 милливольт, после чего спонтанно возвращался к предыдущему состоянию. Это напряжение в три раза меньше чем у самого низковольтного мемристора из существующих и позволяет считывать им биотоки напрямую. 

Авторы считают, что в дальнейшем на подобной элементарной базе можно будет создавать процессоры, не требующие внешнего питания, а подключенные только к человеческим нервам и являющиеся их продолжением.

Ранее при помощи мемристоров уже соединяли нейроны через интернет, но в той конструкции использовался усилитель.

Василий Зайцев


Источник: nplus1.ru

Комментарии: