Физика

Ученые представили имитирующие синапсы и нейроны устройства

geralt/Pixabay

Исследователи Ок-Риджской национальной лаборатории Университета Теннесси продемонстрировали устройства, которые имитируют работу нейронов и синапсов в головном мозге. Они могут лечь в основу будущих нейроморфных вычислительных систем. Статья ученых опубликована в журнале Nature Communications.

Отличительной особенностью всех цифровых вычислительных систем является разделение обработки информации и ее записи в память. Информация передается туда и обратно с жесткого диска и центрального процессора, создавая «узкое место» в архитектуре независимо от того, насколько маленьким или быстрым может быть оборудование. Нейроморфные устройства используют архитектуры, которые принципиально отличаются тем, что память и обработка сигналов идут в одном элементе — мемристоре, мем-конденсаторе или меминдукторе.

«Наша цель — разработать материалы и вычислительные элементы, которые работают как биологические синапсы и нейроны, чтобы создать автономные системы, работающие иначе, чем нынешние вычислительные устройства», — комментирует Джозеф Наджем, сотрудник Ок-Риджской национальной лаборатории.

Новый подход использует мягкие материалы для имитации мембран клеток и их взаимодействия друг с другом. Команда ученых создала искусственную клеточную мембрану на границе раздела двух капель воды, покрытых слоем молекул жиров (система «вода в масле») для изучения динамических и электрофизиологических свойств материала. При подаче напряжения с обеих сторон мембраны накапливаются заряды, аналогично работе конденсаторов в традиционных электрических цепях.

Но в отличие от обычных конденсаторов, созданный учеными «мем-конденсатор» может «вспомнить» ранее приложенное напряжение и буквально «рассказать» о том, как обрабатывалась информация. Площадь поверхности и толщина мембраны могут изменяться в зависимости от приложенного напряжения. Такие меняющие форму мембраны можно настроить и использовать в качестве своеобразных фильтров для биофизических и биохимических сигналов.

По словам ученых, создание нейроморфных вычислительных систем — это отдаленная цель. На данный момент они занимаются созданием компонентов таких схем — аналогов электрических конденсаторов и индукторов. Следующие шаги команды — это создание новых биоматериалов и простых сетей для имитации более сложных мозговых функций с использованием мем-элементов.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.