Специалисты из Северо-Западного университета разработали искусственные нейроны, способные не только имитировать функции биологических клеток, но и напрямую обмениваться с ними сигналами. Гибкие и недорогие в производстве устройства генерируют электрические импульсы, которые по своим характеристикам практически идентичны сигналам живой нервной ткани. Это позволяет синтетическим компонентам успешно активировать биологические нейроны.
В ходе экспериментов, результаты которых опубликованы в журнале Nature Nanotechnology, ученые использовали образцы тканей мозжечка мыши. Искусственные устройства успешно передали импульсы живым клеткам, вызвав ответную реакцию в нейронных цепях. Исследователи отмечают, что это демонстрирует качественно новый уровень функциональной совместимости между электроникой и биологическими системами.
Технология основана на использовании специальных электронных чернил, состоящих из нанослоев дисульфида молибдена и графена. Материалы наносятся на гибкую полимерную основу методом аэрозольной струйной печати. В отличие от предыдущих разработок, авторы не стали полностью удалять полимер из состава чернил. При прохождении тока полимерная составляющая частично разлагается, формируя узкие проводящие каналы. Этот механизм позволяет имитировать сложные паттерны активности реального мозга, включая одиночные спайки и серии импульсов, что ранее было труднодостижимо для компактных электронных устройств.
Современные вычислительные системы на базе кремния потребляют колоссальное количество энергии, поскольку состоят из миллиардов идентичных транзисторов на жестких платах. Человеческий мозг работает иначе: он представляет собой трехмерную динамическую сеть из специализированных клеток разного типа, превосходя современные компьютеры по энергоэффективности на пять порядков. Использование напечатанных нейронов может стать основой для архитектуры искусственного интеллекта нового поколения, способного обрабатывать массивы данных с минимальными затратами ресурсов.
Разработка открывает перспективы в области создания высокоточных нейропротезов и интерфейсов «мозг–компьютер». В будущем подобные имплантаты могут быть использованы для восстановления функций зрения, слуха или двигательной активности. Авторы исследования подчеркивают, что созданные ими устройства работают в том же временном диапазоне, что и живые клетки, в то время как существующие аналоги на основе органики или оксидов металлов обычно функционируют либо слишком медленно, либо слишком быстро.
Метод аддитивного производства также позволяет снизить экологическую нагрузку. Традиционные дата-центры требуют огромных мощностей и водных ресурсов для охлаждения. Новая технология производства электроники минимизирует количество отходов и позволяет создавать аппаратное обеспечение, отвечающее растущим требованиям индустрии искусственного интеллекта без необходимости строительства дополнительных электростанций.
