Elektronika wat naboots die menslike brein in doeltreffende leer

Maar nou 'n span aan die Universiteit van Massachusetts Amherst het ontdek, terwyl hulle op pad na 'n beter begrip proteïen nanodrade, hoe om hierdie biologiese, elektrisiteit uitvoer filamente te gebruik om 'n neuromorphic memristor, of "memory transistor," toestel maak. Dit loop baie doeltreffend op 'n baie lae krag, as brein doen, om seine tussen neurone dra. Besonderhede is in Nature Communications.

As eerste outeur Tianda Fu, 'n Ph.D. kandidaat in elektriese en rekenaaringenieurswese, verduidelik, een van die grootste struikelblokke om neuromorphic rekenaar, en een wat dit lyk onbereikbaar, is dat die meeste konvensionele rekenaars te werk aan meer as 1 volt, terwyl die brein stuur seine genoem aksiepotensiale tussen neurone omstreeks 80 millivolts, baie keer verlaag. Vandag, 'n dekade ná vroeë eksperimente, memristor spanning bereik in die reeks soortgelyk aan konvensionele rekenaar, maar om onder daardie gelyk onwaarskynlik, voeg hy by.

Fu berig dat die gebruik van proteïen nanodrade ontwikkel by UMass Amherst van die bakterie Geobacter deur mikrobioloog en mede-outeur Derek Pragtige, het hy nou gedoen eksperimente waar memristors neurologiese spanning bereik. Diegene toetse is uitgevoer in die laboratorium van elektriese en rekenaaringenieurswese navorser en mede-outeur Junie Yao gedra.

Yao sê: "Dit is die eerste keer dat 'n toestel kan funksioneer op dieselfde spanning as die brein. Mense het waarskynlik nie eens waag om te hoop dat ons 'n toestel wat as power-doeltreffende as die biologiese eweknieë in 'n kon skep brein, maar nou het ons 'n realistiese bewyse van ultra-lae krag berekening vermoëns. dit is 'n konsep deurbraak en ons dink dit gaan 'n baie eksplorasie veroorsaak in elektronika wat werk in die biologiese spanning regime. "

Pragtige wys daarop dat Geobacter se elektries geleidend proteïen nanodrade bied baie voordele bo duur silikon nanodrade, wat giftige chemikalieë en 'n hoë-energie prosesse vereis om te produseer. Proteïen nanodrade ook meer stabiel in water of liggaamsvloeistowwe, 'n belangrike eienskap vir biomediese aansoeke. Vir hierdie werk, het die navorsers skeer nanodrade af die bakterieë so net die geleidende proteïen gebruik word, voeg hy by.

Fu sê dat hy en Yao uit die gesuiwerde nanodrade deur hulle treë sit, om te sien wat hulle in staat is op verskillende spannings, byvoorbeeld gestel het. Hulle eksperimenteer met 'n polsende on-off patroon van positiewe-negatiewe lading gestuur deur 'n klein metaal draad in 'n memristor, wat 'n elektriese skakelaar skep.

Hulle gebruik 'n metaal draad, want proteïen nanodrade metaal vermindering fasiliteer, die verandering van metaalioon reaktiwiteit en elektronoordragreaksies eienskappe. Pragtige sê hierdie mikrobiese vermoë is nie verbasend nie, want wilde bakteriële nanodrade asemhaal en chemies metale te verminder om hul energie die manier waarop ons suurstof inasem kry.

As die on-off polse skep veranderinge in die metaal filamente, nuwe vertakking en verbindings geskep in die klein toestel wat 100 keer kleiner as die deursnee van 'n mens se hare, Yao verduidelik. Dit skep 'n effek soortgelyk aan leer, nuwe verbindings, in 'n ware brein. Hy voeg by: "Jy kan die geleiding, of die plastisiteit van die nano draad-memristor sinaps moduleer sodat dit biologiese komponente kan navolg vir brein-geïnspireerde rekenaar. In vergelyking met 'n konvensionele rekenaar, hierdie toestel het 'n leer vermoë wat nie-sagteware wat gebaseer is. "

Fu herinner, "In die eerste eksperimente wat ons gedoen het, die nano draad prestasie is nie aan nie, maar dit was genoeg vir ons om voort te gaan." Meer as twee jaar, het hy verbetering totdat een noodlottige dag, terwyl sy en Yao se oë is vasgenael deur spanning metings wat op 'n rekenaar skerm.

"Ek onthou die dag wat ons gesien het hierdie groot prestasie. Ons kyk na die rekenaar as huidige spanning sweep is wat gemeet word. Dit het te doen af ​​en af ​​en ons het vir mekaar," Sjoe, dit werk. " Dit is baie vreemd en baie bemoedigend. "

Fu, Yao, Pragtige en kollegas van plan is om te volg hierdie ontdekking met meer navorsing oor meganismes, en om "ten volle te verken die chemie, biologie en elektroniese" van proteïen nanodrade in memristors, Fu sê, plus moontlike aansoeke, wat 'n toestel te kan insluit monitor hartklop, byvoorbeeld. Yao voeg by: "Dit bied hoop in die haalbaarheid dat een dag kan hierdie toestel om werklike neurone in biologiese sisteme praat."