人造離子神經(jīng)元為未來的電子記憶鋪平道路

來源:科技日報

從人類大腦運行中獲得靈感來進(jìn)行電子產(chǎn)品的研發(fā),是全球工程師們都關(guān)注的領(lǐng)域。此次,研究人員進(jìn)行了一項理論分析,利用離子作為神經(jīng)細(xì)胞攜帶信息來開發(fā)人工神經(jīng)元。這一裝置用石墨烯制成納米狹縫,狹縫內(nèi)由單層水來傳輸離子,具有與神經(jīng)元相同的傳輸能力。相關(guān)論文發(fā)表在最新一期的《科學(xué)》雜志上。

可以說,沒有什么人造設(shè)備的效率高過人腦——人腦能執(zhí)行許許多多復(fù)雜的任務(wù),每天消耗的能量卻僅相當(dāng)于兩個香蕉。它的高效率取決于它的基本單元——神經(jīng)元。神經(jīng)元有一個帶納米孔的膜,稱為離子通道,根據(jù)接收到的刺激打開和關(guān)閉,由此產(chǎn)生的離子流會產(chǎn)生電流,負(fù)責(zé)發(fā)射動作電位(可興奮細(xì)胞受到刺激時,在靜息電位的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的電位變化過程),這是允許神經(jīng)元相互交流的信號。

當(dāng)然,人工智能(AI)也可以完成以上所有這些任務(wù),但代價是能耗——AI的能耗是人腦的數(shù)萬倍。

有鑒于此,來自法國國家科學(xué)研究中心與巴黎高等師范學(xué)院等機構(gòu)的科學(xué)家,此次將整個研究的挑戰(zhàn)放在設(shè)計一種與人腦一樣節(jié)能的電子系統(tǒng)。例如,通過使用離子而不是電子來攜帶信息??茖W(xué)家們認(rèn)為,納米流體學(xué)(研究流體在小于100納米寬的通道中的行為方式)提供了許多觀點。

在新實驗中,研究團隊構(gòu)建了一個人工神經(jīng)元原型,其由含有單層水分子的極薄石墨烯狹縫構(gòu)成。研究人員證明,在電場的作用下,來自這層水的離子可聚集成細(xì)長的簇,并產(chǎn)生一種被稱為憶阻器效應(yīng)的特:這些簇能保留過去接收到的一些刺激,且為了與大腦比較,石墨烯狹縫再現(xiàn)了離子通道、簇和離子流。利用理論和數(shù)字工具,研究人員展示了如何組裝這些集群以模擬動作電位發(fā)射的物理機制,從而模擬信息的傳輸。

研究人員表示,他們現(xiàn)在的目標(biāo),是通過實驗去證明此類系統(tǒng)可以實現(xiàn)簡單的學(xué)習(xí)算法,在此基礎(chǔ)上,這一算法就能為未來的電子記憶鋪道路。

標(biāo)簽: 人造離子神經(jīng)元 電子記憶 人造設(shè)備 人工神經(jīng)元

推薦

財富更多》

動態(tài)更多》

熱點