Мед обладает потенциалом для создания мозгоподобных компьютерных чипов

Мед может стать сладким решением для разработки экологически чистых компонентов для нейроморфных компьютеров - систем, созданных для имитации нейронов и синапсов, находящихся в человеческом мозге. Нейроморфные системы, которые некоторые называют будущим вычислительной техники, работают гораздо быстрее и потребляют гораздо меньше энергии, чем традиционные компьютеры.

Инженеры продемонстрировали один из способов сделать их более органичными, используя мед для изготовления мемристора - компонента, похожего на транзистор, который может не только обрабатывать, но и хранить данные в памяти. ВАНКУВЕР, штат Вашингтон. - Мед может стать сладким решением для разработки экологически чистых компонентов для нейроморфных компьютеров - систем, созданных для имитации нейронов и синапсов, находящихся в человеческом мозге.

Нейроморфные системы, которые некоторые называют будущим вычислительной техники, работают гораздо быстрее и потребляют гораздо меньше энергии, чем традиционные компьютеры. Инженеры Университета штата Вашингтон продемонстрировали один из способов сделать их более органичными. В исследовании, опубликованном в Journal of Physics D, ученые показывают, что мед можно использовать для создания мемристора - компонента, похожего на транзистор, который может не только обрабатывать, но и хранить данные в памяти.

"Это очень маленькое устройство с простой структурой, но по своим функциональным возможностям оно очень похоже на человеческий нейрон", - сказал Фенг Чжао, доцент Школы инженерии и компьютерных наук ВГУ 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".

Для исследования Чжао и первый автор Брэндон Суеока, аспирант ВГУ в лаборатории Чжао, создали мемристоры, переработав мед в твердую форму и поместив его между двумя металлическими электродами, создав структуру, похожую на человеческий синапс. Затем они проверили способность медовых мемристоров имитировать работу синапсов с высокой скоростью включения и выключения - 100 и 500 наносекунд соответственно. Мемристоры также имитировали функции синапса, известные как пластичность, зависящая от времени спайка, и пластичность, зависящая от скорости спайка, которые отвечают за процессы обучения в мозге человека и сохранение новой информации в нейронах.

Инженеры ВГУ создали медовые мемристоры в микромасштабе, так что они размером с человеческий волос. Исследовательская группа под руководством Чжао планирует разработать их в наномасштабе, примерно 1/1000 человеческого волоса, и соединить многие миллионы или даже миллиарды вместе, чтобы создать полноценную нейроморфную вычислительную систему.

В настоящее время обычные компьютерные системы основаны на так называемой архитектуре фон Неймана. Названная в честь своего создателя, эта архитектура включает в себя вход, обычно с клавиатуры и мыши, и выход, например, монитор. В ней также есть центральный процессор, или центральный процессор, и оперативная память, или память для хранения данных. Передача данных через все эти механизмы от входа к обработке, от памяти к выходу требует много энергии, по крайней мере, по сравнению с человеческим мозгом, сказал Чжао. Например, для работы суперкомпьютера Fugaku требуется до 28 мегаватт, что примерно равно 28 миллионам ватт, в то время как мозг потребляет всего 10-20 ватт.

Человеческий мозг имеет более 100 миллиардов нейронов с более чем 1 000 триллионов синапсов, или связей, между ними. Каждый нейрон может как обрабатывать, так и хранить данные, что делает мозг гораздо более эффективным, чем традиционный компьютер, и разработчики нейроморфных вычислительных систем стремятся имитировать эту структуру.

Несколько компаний, включая Intel и IBM, выпустили нейроморфные чипы, которые имеют эквивалент более 100 миллионов "нейронов" на чип, но это еще не близко к числу нейронов в мозге. Кроме того, многие разработчики все еще используют те же невозобновляемые и токсичные материалы, которые сегодня применяются в обычных компьютерных чипах.

Многие исследователи, включая команду Чжао, ищут биоразлагаемые и возобновляемые решения для использования в этом многообещающем новом типе вычислений. Чжао также возглавляет исследования по использованию в этом качестве белков и других сахаров, например, содержащихся в листьях алоэ вера, но он видит большой потенциал в меде.

"Мед не портится", - сказал 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".

Медовые мемристорные чипы, разработанные в ВГУ, должны выдерживать более низкий уровень тепла, выделяемого нейроморфными системами, которые не нагреваются так сильно, как традиционные компьютеры. Медовые мемристоры также позволят сократить количество электронных отходов.

"Когда мы захотим утилизировать устройства, использующие компьютерные чипы из меда, мы сможем легко растворить их в воде", - сказал он. "Благодаря этим особым свойствам мед очень полезен для создания возобновляемых и биоразлагаемых нейроморфных систем".

Это также означает, предупреждает Чжао, что, как и в случае с обычными компьютерами, пользователям придется избегать проливания на них кофе.