Амхерсттегі Массачусетс университетінің инженерлері электрлік белсенділігі нақты ми жасушаларының жұмысына барынша жақын жасанды нейрон жасап шығарды. Бұл жаңалық командасының бұрынғы зерттеулеріне негізделген, онда электр қуатын өндіре алатын бактериялардан алынған ақуыздық наножіптер қолданылған. Жаңа тәсіл компьютерлерді тірі жүйелерге ұқсас тиімділікпен жұмыс істетуге, сондай-ақ электрондық құрылғыларды биологиялық тіндермен тікелей байланыстыруға жол ашады.

Мидың тиімділігі және технологиялар үшін сын-қатерлер

Nature Communications журналында жарияланған зерттеудің жетекші авторы, Массачусетс университетінің электротехника және есептеу техникасы кафедрасының аспиранты Шуая Фудың айтуынша, адам миы өте аз энергия жұмсай отырып, орасан зор ақпарат көлемін өңдей алады. Мысалы, қазіргі ірі тілдік модельдер, мысалы ChatGPT, ұқсас тапсырмаларды орындау үшін әлдеқайда көп электр энергиясын қажет етеді. Адам миы әңгіме жазу үшін бар болғаны 20 ватт энергия жұмсаса, жасанды интеллект дәл сол тапсырма үшін мегаватттан артық тұтынуы мүмкін. Бұл айырмашылық адамның денесі мен миының электрлік тиімділігімен түсіндіріледі — олар дәстүрлі компьютерлік схемаларға қарағанда 100 есе тиімді жұмыс істейді.

Мида миллиардтаған нейрондар бар — олар бүкіл денеге электрлік сигналдарды жіберіп, қабылдайтын арнайы жасушалар. Инженерлер бұрыннан энергияны үнемдейтін есептеулер үшін жасанды нейрондар жасауды армандаған, бірақ олардың кернеуін биологиялық деңгейге дейін төмендету үлкен мәселе болып келді. Доцент Джун Яоның айтуынша, бұрынғы жасанды нейрондар жаңа әзірлемеге қарағанда 10 есе жоғары кернеуде және 100 есе көп энергия тұтынған. Бұл оларды тиімсіз етіп, тірі нейрондармен — күшті электр сигналдарына сезімтал жасушалармен — тікелей әрекеттесуге мүмкіндік бермеді. Жаңа жасанды нейрон бар болғаны 0,1 вольтта жұмыс істейді — бұл адам ағзасындағы нейрондардың кернеуіне жуық.

Мүмкін болатын қолданбалар мен артықшылықтар

Фу мен Яоның жаңалығы биологиядан шабыт алған, жоғары тиімді компьютерлерден бастап, адам денесімен тікелей әрекеттесе алатын электрондық құрылғыларға дейін кең мүмкіндіктер ашады. Қазіргі киілетін электрондық жүйелер денеден сигнал алған сайын оны компьютерге талдау үшін күшейтуі керек, бұл энергия тұтынуды арттырып, схеманы күрделендіреді. Жаңа төмен кернеулі нейрондар негізінде жасалған датчиктер бұл күшейту кезеңінсіз жұмыс істей алады, сондықтан олар қарапайым әрі үнемді болады.

Ақуыздық наножіптердің рөлі

Жаңа энергия үнемдейтін нейронның негізгі элементі — Geobacter sulfurreducens бактерияларынан синтезделген ақуыздық наножіп. Бұл бактериялар да электр қуатын өндіре алады. Яо мен әріптестері мұндай наножіптерді терден қуат алатын биопленка, ауруларды анықтайтын «электрондық мұрын» және ауадан электр қуатын тікелей алатын құрылғы сияқты тиімді құрылғылар жасау үшін қолданған.

Зерттеуді қолдау

Бұл жұмыс АҚШ Армиясының зерттеу басқармасы, Ұлттық ғылыми қоры, Ұлттық денсаулық сақтау институттары және Альфред П. Слоун қоры тарапынан қаржыландырылды.