Инновация: микрочипы на основе меда, имитирующие наш мозг
Что является сладким, вкусным и может быть использовано для изготовления компьютерных компонентов? Ученые обратились к мёду для изготовления деталей компьютерных чипов.
Исследователи из Университета штата Вашингтон (WSU) обнаружили, что мед может иметь преимущества в области нейроморфных компьютеров. Но для начала, что все это значит? Нейроморфные компьютеры - это системы, разработанные для имитации работы нейронов и синапсов в человеческом мозге.
В настоящее время наши компьютеры, как напоминает WSU в своем пресс-релизе, основаны на так называемой архитектуре фон Неймана. В конкретных терминах это подразумевает наличие "входа" (мышь, клавиатура и т.д.) и "выхода" (например, экран). Среди прочего, есть также процессор и оперативная память (память с произвольным доступом). Но, как объясняют ученые, обработка информации через такое устройство требует много энергии. Гораздо больше, чем человеческий мозг, хотя он и мощнее для многих задач.
Отсюда возникла идея создания другого типа структуры, которая имитировала бы функционирование нейронов и синапсов в человеческом мозге. Каждый нейрон в нашем мозге способен как хранить, так и обрабатывать данные, а человеческий мозг насчитывает более 100 миллиардов нейронов. Одним словом, ученые в восторге от такой технологии, потому что она позволит создать более мощные и менее энергоемкие устройства. В настоящее время нейронные сети находят все большее применение, но часто ограничены аппаратной частью.
Команда ученых, стоящая за этой инновацией, стремится создать электронные компоненты, которые могут поддерживать нейронные сети, предлагая при этом нечто более долговечное, чем обычно используемые компьютерные компоненты. Удивительно, но в ходе исследований выяснилось, что мед может быть хорошим кандидатом.
"Мемристор" из твердого меда
В своем исследовании, опубликованном в журнале , ученые демонстрируют изготовление мемристора с использованием меда. Это компонент, похожий на транзистор, который может не только обрабатывать, но и хранить данные в своей внутренней памяти. Для его изготовления они сначала обработали мед, чтобы он стал твердым, а затем "зажали" его между двумя металлическими электродами.
"Это очень маленькое устройство с простой структурой, но по функциональности оно очень похоже на человеческий нейрон", — объясняет Фэн Чжао, доцент Школы инженерии и компьютерных наук WSU и автор-корреспондент исследования. "Это означает, что если мы сможем объединить миллионы или миллиарды этих медовых мемристоров вместе, то их можно будет превратить в нейроморфную систему, функционирующую подобно человеческому мозгу".
Система, о которой идет речь, в настоящее время размером с волосок, но ученые хотели бы миниатюризировать ее для создания наноразмерных компонентов. Для этого первого прототипа они уже провели испытания. В частности, они проверили способность медовых мемристоров имитировать работу синапсов, то есть включаться и выключаться с высокой скоростью (100 и 500 наносекунд соответственно). Мемристоры также эмулировали функции синапсов, известные как "пластичность, зависящая от частоты спайков" и "пластичность, зависящая от времени": функции, которые отвечают за процессы обучения в человеческом мозге и сохранение новой информации в нейронах.
Фэн Чжао также проводит дальнейшие исследования по использованию белков и других сахаров, например, содержащихся в листьях алоэ вера, но на данный момент мед кажется наиболее предпочтительным кандидатом. "Мед не портится", — объясняет он. "В нем очень низкая концентрация влаги, поэтому бактерии не могут в нем выжить. Это означает, что эти компьютерные чипы будут очень стабильными и надежными в течение очень долгого времени".
Материал также очень хорошо поддается биологическому разложению, поскольку он растворим в воде. "Благодаря этим особым свойствам мед очень полезен для создания возобновляемых и биоразлагаемых нейроморфных систем", — заключает исследователь.