Металлическая нанопроводная сеть с подобными мозгу функциями

30.12.2019

Международная совместная исследовательская группа, возглавляемая Национальным институтом наук о материалах (Япония), преуспела в создании нейроморфной сети, состоящей из многочисленных металлических нанопроводов. Используя эту сеть, команда смогла создать электрические характеристики, аналогичные связанным с уникальными для человека функциями мозга более высокого порядка, такими как запоминание, обучение, забывание, становление бдительным и возвращение к спокойствию. Затем команда выяснила механизмы, которые запускали эти электрические характеристики.

Развитие методов искусственного интеллекта (ИИ) в последние годы быстро продвигалось и начало влиять на нашу жизнь различными способами. Хотя ИИ обрабатывает информацию аналогично человеческому мозгу, механизмы, с помощью которых работает человеческий мозг, все еще в значительной степени неизвестны. Основные компоненты мозга, такие как нейроны и соединения между ними (синапсы), были подробно изучены. Однако все еще ждут ответов многие вопросы, касающиеся мозга как целого, состоящего из множества компонентов. Например, мы до сих пор не до конца понимаем, как мозг выполняет такие функции, как запоминание, обучение и забывание, и как он становится бдительным и возвращается к спокойствию. Кроме того, живым мозгом сложно манипулировать в экспериментальных исследованиях. По этим причинам мозг остается "загадочным органом". Эффективным в рамках развития наук о мозге оказывается другой подход к исследованию этого органа - при котором создаются материалы и системы, способные выполнять функции, подобные функциям мозга, и анализируются их механизмы.

Совместная исследовательская группа недавно создала сложную мозгоподобную сеть, интегрировав многочисленные нанопроволочки серебра (Ag), покрытые полимерным (PVP) изолирующим слоем толщиной около 1 нанометра. Соединение между двумя нанопроводами образует переменный резистивный элемент (то есть синаптический элемент), который ведет себя как нейронный синапс.

Эта сеть нанопроволок, которая содержит большое количество сложно взаимодействующих синаптических элементов, образует "нейроморфную сеть". Когда к нейроморфной сети прикладывалось напряжение, казалось, что она "изо всех сил" пытается найти оптимальные пути тока (то есть наиболее электрически эффективные пути). Исследовательская группа измерила процессы формирования, удержания и дезактивации текущего пути, в то время как электрический ток протекал через сеть, и обнаружила, что эти процессы всегда колеблются по мере их продвижения, подобно процессам запоминания, обучения и забывания человеческого мозга.

Наблюдаемые временные колебания также напоминают процессы, при которых мозг становится бдительным или возвращается к спокойствию. Обнаружено, что мозгоподобные функции, имитируемые нейроморфной сетью, встречаются, поскольку огромное количество синаптических элементов в сети совместно работает над оптимизацией переноса тока в результате самоорганизующихся и возникающих динамических процессов.

<< Назад: MCP1811/12 - семейство линейных регуляторов с ультранизким током покоя 30.12.2019

>> Вперед: Датчики изображения для автомобильных фар 29.12.2019

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Искусственный мозговой матрикс 29.11.2025

Биоинженерия стремительно выходит за пределы традиционной работы с клетками и биоматериалами. Ученые пытаются не просто выращивать ткани, но и воссоздавать механизмы, управляющие жизнью клеток в реальном организме. Одним из наиболее амбициозных направлений стала разработка искусственных матриксов, которые могли бы подменить природную среду и дать исследователям возможность изучать работу мозга без участия биологических компонентов. На этом фоне работа специалистов Калифорнийского университета в Риверсайде представляет собой особенно заметный шаг вперед. В центре их исследования - платформа BIPORES, созданная полностью из синтетических веществ. Цель проекта заключалась в попытке смоделировать сложную, многослойную структуру внеклеточного матрикса, который в настоящем мозге обеспечивает питание, связь и организацию нервных клеток. При этом разработчики сознательно отказались от каких-либо белков, традиционно необходимых для прикрепления клеток, таких как ламинин или фибрин. Это решени ...>>

Ранняя Вселенная не была ледяной 28.11.2025

Понимание того, как формировались первые структуры во Вселенной, требует взгляда в эпохи, в которых не существовало ни звезд, ни галактик, ни привычных нам источников света. Научные группы по всему миру пытаются восстановить картину тех времен при помощи слабейших радиосигналов, оставшихся от водорода, который наполнял космос вскоре после Большого взрыва. Новые результаты, полученные на радиотелескопе Murchison Widefield Array в Австралии, неожиданным образом меняют представление об этих ранних этапах. Сразу после Большого взрыва, произошедшего около 13,8 миллиарда лет назад, пространство стремительно расширялось и остывало. Через несколько сотен тысяч лет образовался нейтральный водород, и началась так называемая эпоха тьмы, когда Вселенная была лишена источников излучения. Лишь значительно позже гравитация собрала газ в плотные области, где зародились первые звезды и ранние черные дыры, а их интенсивное излучение привело к реионизации водорода и окончательному появлению света. ...>>

Устройство идеальной очистки воздуха 28.11.2025

Качество воздуха в закрытых помещениях давно стало важнейшим фактором здоровья, особенно в городах, где люди проводят подавляющую часть времени внутри зданий. В последние годы исследователи уделяют все больше внимания именно тем технологиям, которые способны задерживать или разрушать вредоносные частицы до того, как они попадут в дыхательные пути человека. Одним из таких новаторских направлений стала разработка инженеров Университета Британской Колумбии в Оканагане, которые предложили принципиально иной подход к очистке воздуха в присутствии людей. По словам профессора Школы инженерии доктора Санни Ли, традиционные персонализированные вентиляционные системы действительно могут улучшать качество воздуха вокруг пользователя, однако их принцип работы имеет ряд ограничений. Человек вынужден находиться в строго определенной зоне, а одновременное использование одной системы несколькими людьми снижает эффективность. Кроме того, непрерывный поток сухого очищенного воздуха способен вызывать ...>>

Ощущение текстуры через экран гаджета 27.11.2025

Гаджеты научились передавать изображение и звук с впечатляющей реалистичностью, но тактильные ощущения по-прежнему остаются недоступными для полноценной цифровой симуляции. Именно поэтому инженеры и исследователи во всем мире стремятся создать технологии, которые позволят "почувствовать" виртуальный объект так же естественно, как и настоящий. Новая разработка специалистов Северо-Западного университета США стала одним из самых заметных шагов в этом направлении. Возглавлявшая исследование аспирантка Сильвия Тан (Sylvia Tan) подчеркивает, что прикосновение остается последним фундаментальным чувственным каналом, для которого пока нет зрелого цифрового аналога. По ее словам, если визуальные и звуковые интерфейсы давно обеспечивают высокую степень реалистичности, то осязание лишь начинает приближаться к этому уровню. В недавней публикации в журнале Science Advances Тан отмечает, что новая технология способна изменить само представление о взаимодействии человека с устройствами. Разработ ...>>

Случайная новость из Архива Токопроводящий белок для сборки 3D-микрочипов 13.02.2013 Трехмерные микросхемы считаются идеологическими наследниками современных "плоских" микрочипов. Считается, что подобные устройства станут более компактными, чем их предшественники, и будут обладать большей производительностью и меньшим тепловыделением. Производство подобных устройств пока не налажено из-за высокой себестоимости подобных чипов и технологических сложностей, в результате которых процент выхода годных кристаллов остается крайне низким. Мануэль Тэри (Manuel Thery) из университета города Гренобль (Франция) и его коллеги разработали дешевую альтернативу современным методикам сборки трехмерных микрочипов, научившись управлять сборкой "биопроводов" из молекул белков. Ученые обратили внимание на белок актин, молекулы которого формируют "каркас" всех клеток в теле человека. Он представляет собой растворимую в воде короткую цепочку из четырех сотен аминокислот. При появлении ионов магния в растворе фрагменты актина быстро соединяются друг с другом, превращаясь в прочные полимерные нити. Тэри и его коллеги научились выращивать эти нити в нужных частях "половинок" трехмерного чипа, присоединяя к кремниевым пластинам особые молекулы-"затравки", заставлявшие нити актина превращаться в полимер без ионов магния. Эти нити сплетаются друг с другом при достаточно небольшом расстоянии между частями чипа, образуя прочные "тоннели", стенки которых проводят ток благодаря присоединенным к ним атомам золота. По словам биотехнологов, данная конструкция проводит ток не хуже, чем это делают "классические" металлические контакты между слоями 3D-чипов. Небольшая стоимость белковых молекул, относительная простота их изготовления и совместимость с другими методиками "выращивания" кремниевых микрочипов делают эту технологию серьезным конкурентом для текущих способов сборки трехмерных микросхем.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025