Создан первый в мире искусственный синапс, работающий на воде и соли

Физики из Утрехтского университета в Нидерландах и Южно-Корейского университета Соганг впервые создали искусственный синапс, работающий на воде и соли. Это открытие демонстрирует, что системы, использующие такие же среды, как и человеческий мозг, способны обрабатывать сложную информацию. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences .

На протяжении многих лет учёные стремятся повысить энергоэффективность компьютеров, вдохновляясь уникальными возможностями человеческого мозга. Эти исследования привели к разработке мозгоподобных компьютеров, которые используют аналоговые методы обработки информации, напоминая работу нашего мозга. Однако большинство существующих систем все еще опираются на традиционные твердые материалы, в то время как мозг человека функционирует на воде и растворённых в ней солях.

Новое исследование представляет собой прорыв в области ионотронного нейроморфного вычисления. Учёные разработали устройство размером 150 на 200 микрометров, которое имитирует функции синапса — элемента мозга, отвечающего за передачу сигналов между нейронами. Этот ионотронный мемристор состоит из конусообразного микроканала, заполненного раствором воды и соли. Под воздействием электрических импульсов ионы в жидкости перемещаются, изменяя концентрацию ионов и, соответственно, проводимость канала.

Изменения в проводимости канала могут моделировать укрепление или ослабление связей между нейронами, что позволяет устройству обрабатывать информацию аналогично мозгу. Также было установлено, что длина канала влияет на время, необходимое для рассеивания изменений концентрации, что открывает возможности для адаптации устройства под различные задачи обработки информации.

Тим Камсма, аспирант Утрехтского университета и ведущий автор исследования, поделился своим восторгом от результатов. Идея, заложенная в основу этого проекта, была разработана Камсмой в начале его докторской работы и воплощена в жизнь совместно с корейскими коллегами. Экспериментальные результаты, полученные всего через три месяца после начала работы, точно соответствовали теоретическим предсказаниям.

Это исследование является значительным шагом вперёд в разработке вычислительных систем, которые могли бы не только имитировать паттерны коммуникации человеческого мозга, но и использовать аналогичные среды для их работы. Несмотря на то, что технология находится на раннем этапе развития, она обещает существенное улучшение в эффективности и энергопотреблении по сравнению с современными компьютерами.