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人造離子神經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行電子產品的研發,是全球工程師們都關注的領域。此次,研究人員進行了一項理論分析,利用離子作為神經細胞攜帶信息來開發人工神經元。這一裝置用石墨烯制成納米狹縫,狹縫內由單層水來傳輸離子,具有與神經元相同的傳輸能力。相關論文發表在最新一期的《科學》雜志上。

可以說,沒有什么人造設備的效率高過人腦——人腦能執行許許多多復雜的任務,每天消耗的能量卻僅相當于兩個香蕉。它的高效率取決于它的基本單元——神經元。神經元有一個帶納米孔的膜,稱為離子通道,根據接收到的刺激打開和關閉,由此產生的離子流會產生電流,負責發射動作電位(可興奮細胞受到刺激時,在靜息電位的基礎上產生的電位變化過程),這是允許神經元相互交流的信號。

當然,人工智能(AI)也可以完成以上所有這些任務,但代價是能耗——AI的能耗是人腦的數萬倍。

有鑒于此,來自法國國家科學研究中心與巴黎高等師范學院等機構的科學家,此次將整個研究的挑戰放在設計一種與人腦一樣節能的電子系統。例如,通過使用離子而不是電子來攜帶信息。科學家們認為,納米流體學(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,研究團隊構建了一個人工神經元原型,其由含有單層水分子的極薄石墨烯狹縫構成。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長的簇,并產生一種被稱為憶阻器效應的特:這些簇能保留過去接收到的一些刺激,且為了與大腦比較,石墨烯狹縫再現了離子通道、簇和離子流。利用理論和數字工具,研究人員展示了如何組裝這些集群以模擬動作電位發射的物理機制,從而模擬信息的傳輸。

研究人員表示,他們現在的目標,是通過實驗去證明此類系統可以實現簡單的學算法,在此基礎上,這一算法就能為未來的電子記憶鋪道路。

標簽: 人造離子神經元 電子記憶 人造設備 人工神經元

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