Første eksperimentelle bevis for hjernelignende computer med vand og salt
Teoretiske fysikere ved Utrecht Universitet er sammen med eksperimentelle fysikere ved Sogang Universitet i Sydkorea lykkedes med at bygge en kunstig synapse. Denne synapse arbejder med vand og salt og giver det første bevis på, at et system, der bruger det samme medium som vores hjerner, kan behandle kompleks information.
Resultaterne vises i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences .
I jagten på at forbedre energieffektiviteten af konventionelle computere har videnskabsmænd længe henvendt sig til den menneskelige hjerne for at få inspiration. De sigter mod at efterligne dens ekstraordinære kapacitet på forskellige måder.
Disse bestræbelser har ført til udviklingen af hjernelignende computere, som afviger fra traditionel binær behandling til at omfavne analoge metoder, der ligner vores hjerner. Men mens vores hjerner fungerer ved at bruge vand og opløste saltpartikler kaldet ioner som deres medium, er de fleste hjerne-inspirerede computere afhængige af konventionelle faste materialer.
Dette rejser spørgsmålet:Kunne vi ikke opnå en mere trofast replikering af hjernens funktion ved at adoptere det samme medie? Denne spændende mulighed ligger i hjertet af det spirende felt af iontronisk neuromorfisk databehandling.
Kunstig synapse
I den seneste undersøgelse offentliggjort i PNAS , har videnskabsmænd for allerførste gang demonstreret et system, der er afhængigt af vand og salt, der udviser evnen til at behandle indviklet information, der afspejler vores hjernes funktionalitet. Centralt for denne opdagelse er en lille enhed, der måler 150 gange 200 mikrometer, som efterligner adfærden af en synapse - en vigtig komponent i hjernen, der er ansvarlig for at transmittere signaler mellem neuroner.
Tim Kamsma, en ph.d. kandidat ved Institut for Teoretisk Fysik og Matematisk Institut ved Utrecht Universitet, og hovedforfatteren af undersøgelsen, udtrykker sin begejstring og siger:"Mens kunstige synapser, der er i stand til at behandle kompleks information, allerede eksisterer baseret på faste materialer, viser vi nu for første gang, at denne bedrift også kan opnås ved hjælp af vand og salt. Vi kopierer effektivt neuronal adfærd ved hjælp af et system, der anvender det samme medium som hjernen."
Ionmigrering
Enheden, der er udviklet af videnskabsmænd i Korea og omtalt som en iontronisk memristor, består af en kegleformet mikrokanal fyldt med en opløsning af vand og salt. Ved modtagelse af elektriske impulser migrerer ioner i væsken gennem kanalen, hvilket fører til ændringer i ionkoncentrationen.
Afhængigt af impulsens intensitet (eller varighed) justeres kanalens ledningsevne i overensstemmelse hermed, hvilket afspejler styrkelsen eller svækkelsen af forbindelser mellem neuroner. Omfanget af ændring i konduktans tjener som en målbar repræsentation af inputsignalet.
Et yderligere fund er, at længden af kanalen påvirker den varighed, der kræves for at koncentrationsændringer kan forsvinde. "Dette antyder muligheden for at skræddersy kanaler til at bevare og behandle information i varierende varighed, igen beslægtet med de synaptiske mekanismer, der observeres i vores hjerner," siger Kamsma.
Tilblivelsen af denne opdagelse kan spores tilbage til en idé udtænkt af Kamsma, som begyndte sin doktorgradsforskning for ikke så længe siden. Han transformerede dette koncept – centreret omkring brugen af kunstige ionkanaler til klassificeringsopgaver – til en robust teoretisk model.
"Tilfældigvis krydsede vores veje med forskergruppen i Sydkorea i den periode," siger Kamsma. "De omfavnede min teori med stor entusiasme og igangsatte hurtigt eksperimentelt arbejde baseret på den."
Bemærkelsesværdigt nok materialiserede de første resultater sig kun tre måneder senere, tæt på linje med forudsigelserne skitseret i Kamsmas teoretiske ramme. "Jeg tænkte wow!" han reflekterer. "Det er utroligt glædeligt at være vidne til overgangen fra teoretiske formodninger til håndgribelige resultater i den virkelige verden, hvilket i sidste ende resulterer i disse smukke eksperimentelle resultater."
Et væsentligt skridt fremad
Kamsma understreger forskningens fundamentale karakter og fremhæver, at iontronisk neuromorf databehandling, mens den oplever hurtig vækst, stadig er i sin vorden. Det forventede resultat er et computersystem, der er langt overlegent i effektivitet og energiforbrug sammenlignet med nutidens teknologi. Hvorvidt denne vision vil blive til virkelighed, er fortsat spekulativt på nuværende tidspunkt. Ikke desto mindre ser Kamsma udgivelsen som et væsentligt fremskridt.
"Det repræsenterer et afgørende fremskridt hen imod computere, der ikke kun er i stand til at efterligne kommunikationsmønstrene i den menneskelige hjerne, men også bruge det samme medie," hævder han. "Måske vil dette i sidste ende bane vejen for computersystemer, der kopierer den menneskelige hjernes ekstraordinære evner mere trofast"
Flere oplysninger: Tim M. Kamsma et al., Hjerneinspireret databehandling med fluidiske iontroniske nanokanaler, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI:10.1073/pnas.2320242121
Journaloplysninger: Proceedings of the National Academy of Sciences
Leveret af Utrecht University
Varme artikler
-
Ghost-billedbehandling fremskynder mikroskopi i superopløsningForskerne testede deres nye nanoskopi-tilgangsteknik ved at bruge den til at forestille en ring på 60 nanometer (indsat). Den nye nanoskopimetode kunne løse ringen ved hjælp af kun 10 billedrammer, me -
Skrivning og sletning af magneter med lasereEn stærk laserpuls forstyrrer arrangementet af atomer i en legering og skaber magnetiske strukturer (til venstre). Et sekund, svagere, laserpuls tillader atomerne at vende tilbage til deres oprindelig -
Præcisionsmetrologi lukker ind for mørkt stofMørkt stof og gas i simulering Kredit:Illustris Collaboration. Optiske ure og forbedrede krystallinske siliciumhulrum kan forbedre begrænsningerne for mulige interaktioner mellem mørkt stof og felter -
Udnyttelse af siliciumfremstillingsteknologi til at bygge kvanteoptiske kredsløbKredit:CC0 Public Domain En ny undersøgelse foretaget af forskere fra University of Bristol bringer os et væsentligt skridt tættere på at frigøre det revolutionære potentiale ved kvanteberegning v
- Plantedyrsdyr i regnskoven
- Klem stødet ud:Hvad forskellige faser af piezoelektriske materialer fortæller os
- Ny tilgang til røntgenmåling kan forbedre CT-scannere
- London-kulstofemissionerne falder med 59% under COVID-19 lockdown
- Coronavirus:Teknologi hjælper lærere med at gentænke fjernundervisning
- Argonspray bevarer rester af flaskevin