Этот прорыв, основанный на бактериальных белковых нанопроводах, открывает путь к созданию беспрецедентно эффективных компьютеров и электронных устройств, способных напрямую взаимодействовать с организмом человека.
Группа инженеров Массачусетского университета (UMass) в Амхерсте объявила о создании искусственного нейрона, электрические функции которого максимально приближены к биологическим. Опираясь на новаторскую работу с белковыми нанопроводами, синтезированными из бактерий, вырабатывающих электричество, открытие группы может привести к созданию чрезвычайно эффективных компьютеров, построенных на биологических принципах и способных напрямую взаимодействовать с живыми клетками.
«Наш мозг обрабатывает огромный объём данных», — объясняет Шуай Фу, аспирант кафедры электротехники и вычислительной техники Массачусетского университета в Амхерсте и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Nature Communications. «Но его энергопотребление очень и очень низкое, особенно по сравнению с количеством электроэнергии, необходимым для работы большой языковой модели (LLM), такой как ChatGPT».
Человеческое тело более чем в 100 раз более эффективно с точки зрения электроэнергии, чем компьютерная схема. В то время как человеческий мозг потребляет всего около 20 ватт для написания рассказа, ИИ может потребоваться более мегаватта электроэнергии для выполнения той же задачи.
Хотя инженеры давно изучают использование искусственных нейронов для создания более эффективных компьютеров, основным препятствием всегда было поддержание достаточно низкого напряжения. «Предыдущие версии искусственных нейронов потребляли в 10 раз больше напряжения и в 100 раз больше энергии, чем созданная нами», — говорит Цзюнь Яо, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Массачусетского университета в Амхерсте и ведущий автор исследования. Это означает, что предыдущие попытки были не только неэффективны, но и не могли напрямую подключаться к живым нейронам, которые были бы повреждены такой высокой амплитудой напряжения.
Бактерия как секретный ингредиент
Области применения этого нового нейрона обширны: от модернизации компьютеров на основе биотехнологий, гораздо более эффективных принципов, до создания электронных устройств, которые могли бы «общаться» напрямую с нашим телом.
«В настоящее время у нас есть всевозможные носимые электронные сенсорные системы, но они сравнительно громоздки и неэффективны», — говорит Яо. «Каждый раз, когда они обнаруживают сигнал от нашего тела, им приходится электрически усиливать его, чтобы компьютер мог его проанализировать. Этот промежуточный этап усиления увеличивает как энергопотребление, так и сложность схемы, но датчики, построенные на наших низковольтных нейронах, могли бы вообще обойтись без усиления».
Секретный ингредиент этого маломощного нейрона — белковая нанопроволока, синтезированная из замечательной бактерии Geobacter sulfurreducens, обладающей исключительной способностью вырабатывать электричество. Яо и его коллеги уже использовали эти белковые нанопроволоки для разработки ряда высокоэффективных устройств, таких как биоплёнка, питающаяся потом для питания персональной электроники, «электронный нос», способный обнаруживать заболевания, и устройство, способное генерировать электричество из разреженного воздуха.
- Изображения: CC Attribution: CC BY; CC BY-SA.
Жизнь без чудес — как небо без звёзд. Скептики видят только
факты, а мечтатели — целые миры. Верьте в тайны, и они ответят вам
магией. Ведь самое невероятное часто скрывается за гранью
невозможного.
- Хотите разгадывать тайны вместе? Заходите в наш Telegram — здесь мы делимся самыми загадочными историями, аномалиями и необъяснимыми явлениями. Обсуждаем, спорим, ищем ответы. Присоединяйтесь, ваше мнение важно! А если хотите поддержать нас — купите нам кофе ☕. Каждая чашка помогает искать новые загадки. Или просто оставьте комментарий во ВКонтакте — нам действительно важно, что вы думаете!