Мёд можно использовать для создания мозгоподобных компьютерных чипов

Мёд может стать прекрасным решением для разработки экологически безопасных компонентов для нейроморфных компьютеров будущего, то есть систем, предназначенных для имитации нейронов и синапсов человеческого мозга. К такому выводу пришли учёные.

Нейроморфные системы, которые некоторые специалисты считают будущим вычислений, работают намного быстрее и потребляют гораздо меньше энергии, чем традиционные компьютерные чипы.

Недавно инженеры продемонстрировали один из способов сделать их "более органическими", используя обычный  для изготовления мемристора - компонента, похожего на транзистор, который может не только обрабатывать, но и хранить данные в памяти.

«Это очень маленькое устройство с простой структурой, но его функции очень похожи на человеческий нейрон, — объяснил Фэн Чжао. — Это означает, что если мы сможем объединить миллионы или миллиарды этих медовых мемристоров, то их можно будет превратить в нейроморфную систему, которая будет функционировать так же, как человеческий мозг».

Для исследования команда Чжао создала мемристоры, сделав мёд твёрдым и поместив его между двумя металлическими электродами. Таким образом получилась структура, похожая на человеческий синапс.

Затем учёные проверили способность медовых мемристоров имитировать работу синапсов с высокой скоростью включения и выключения — 100 и 500 наносекунд соответственно.

Мемристоры также имитировали функцию синапсов, известную как пластичность. Она отвечает за процессы обучения в человеческом мозгу и сохранение новой информации в нейронах.

Пока что учёными были созданы мемристоры в микромасштабе. В дальнейшем группа планирует разработать их в наномасштабе, то есть с размерами сопоставимыми с 1/1000 ширины человеческого волоса. Если же впоследствии удастся объединить многие миллионы или даже миллиарды таких искусственных синапсов вместе, инженерами будет получена полноценная нейроморфная вычислительная система.

Обычный горный мёд от пасечника годиться для производства мемристоров

Существующие компьютерные системы основаны на так называемой архитектуре фон Неймана. Названная в честь своего создателя, эта архитектура включает в себя устройство ввода, обычно клавиатура и мышь, и устройство вывода, например, монитор. Компьютер также имеет центральный процессор и ОЗУ, или память. По словам Чжао, передача данных через все эти составляющие от ввода к обработке, от памяти к выводу требует много энергии, по крайней мере, по сравнению с человеческим мозгом.

Например, суперкомпьютер Фугаку, о котором мы ранее рассказывали, использует для работы более 28 мегаватт. Это примерно 28 миллионов ватт, в то время как мозгу нужно всего от 10 до 20 ватт.

При этом в человеческом мозгу более 100 миллиардов нейронов с более чем 1000 триллионов синапсов или связей между ними. Каждый нейрон может как обрабатывать, так и хранить данные, что делает мозг гораздо более эффективным, чем традиционный компьютер, и разработчики нейроморфных вычислительных систем стремятся имитировать эту структуру.

Несколько компаний, в том числе Intel и IBM, выпустили нейроморфные чипы, которые содержат более 100 миллионов «нейронов» на чип, но это ещё далеко не то число, которое имеется в мозге.

Кроме того, для создания таких чипов многие разработчики используют те же невозобновляемые и токсичные материалы, которые в настоящее время используются для создания обычных компьютерных чипов.

Одновременно с этим многие исследователи, в том числе команда Чжао, ищут биоразлагаемые и возобновляемые решения для использования в этом многообещающем новом типе вычислений.

«Мед не портится, — поясняет Чжао. — В нём очень низкая концентрация влаги, поэтому бактерии не могут в нём выжить. Это означает, что эти компьютерные чипы будут очень стабильными и надёжными в течение очень долгого времени».

Правда, такая высокотехнологичная схема легко растворяется в воде... Случайно пролил кофе, уничтожил чип ? Зато разработка пригодится для создания биоразлагаемых нейроморфных систем.

Статья авторов исследования вышла в издании Journal of Physics D Applied Physics.

http://dx.doi.org/10.1088/1361-6463/ac585b

Фото Marco Verch/Flickr.

Источник: dx.doi.org

Комментарии: