Neuromorfinen memristori

Graafinen kuvaus proteiininanolangoista (vihreä), jotka on korjattu Geobacter mikrobista (oranssi). Ne helpottavat elektronista memristoria (hopea) toimimaan biologisilla jännitteillä, jäljittelemällä aivojen hermosolujen komponentteja (sinisiä liitoksia).

Vain kymmenen vuotta sitten tiedemiehet unelmoivat neuromorfisesta tietojenkäsittelystä, jossa käytettäisiin memristoreita, jotka toimivat kuin aidot aivosynapsit.

Nyt ryhmä University of Massachusetts Amherstin tutkijoita on löytänyt proteiinin nanolankoja ja käyttäneet näitä biologisia, sähköä johtavia filamentteja neuromorphisen memristorin toteutuksessa.

Se toimii erittäin tehokkaasti erittäin pienellä teholla, kuten aivotkin, kuljettaen signaaleja neuronien välillä.

Ph.D tutkija Tianda Fu selittää, että yksi neuromorfisen tietojenkäsittelyn suurimmista esteistä on ollut se, että useimmat tavanomaiset tietokoneet toimivat yli 1 voltilla, kun taas aivot operoivat noin 80 millivoltin signaaleilla.

Nyt tälle jännitetasolle päästiin käyttämällä mikrobiologin Derek Lovleyn Geobacter-bakteerista kehittämää proteiininanojohtoa. Hän on nyt suorittanut kokeita, joissa memristorit ovat saavuttaneet neurologisen jännitteen.

Nämä testit suoritettiin sähkö- ja tietotekniikan tutkijan Jun Yaon laboratoriossa. Yao kertoo: "Tämä on ensimmäinen kerta, kun laite voi toimia samalla jännitetasolla kuin aivot. Kyseessä onkin konseptin läpimurto ja arvelemme, että se aiheuttaa paljon tutkimusta biologisilla jännitetasoilla toimivassa elektroniikassa."

Geobacterin sähköä johtavilla proteiininanolangoilla on monia etuja kalliisiin piinanolankoihin verrattuna. Proteiiniset nanojohteet ovat vakaampia vedessä tai kehon nesteissä, mikä on tärkeä ominaisuus lääketieteellisissä sovelluksissa.

Geobakteerit tuottavat nanojohtoja koska niiden avulla ne hengittävät ja pelkistävät kemiallisesti metalleja saadakseen energiansa samalla tavalla kuin ihmiset hengittävät happea. Itse bakteereja ei käytetä vaan ainoastaan sen tuottamia nanolankoja.

Kokeissaan tutkijat kokeilivat positiivisen negatiivisen varauksen sykkivää päälle-pois -kuviota, joka siirrettiin memristorissa pienen metallisäikeen läpi, luomaan sähköisen kytkimen.

Tutkijoiden nanojohto-memistorin johtavuutta tai plastisuutta voidaan muokata, jotta se voi jäljitellä biologisia komponentteja aivojen innoittamalle laskennalle. Verrattuna tavanomaiseen tietokoneeseen, tällaisella laitteella on oppimiskyky, joka ei ole ohjelmistopohjainen.

He myös suunnittelevat tämän havainnon jatkotutkimusta proteiininanolankojen kemiasta, biologiasta ja elektroniikasta muistilaitteissa sekä mahdollisia sovelluksia, joihin voi kuulua sykettä seuraava laite.

Yao lisää toiveikkaasti: "Tämä tarjoaa toivoa toteutettavuudesta, että jonain päivänä tämä laite voi puhua biologisissa järjestelmissä todellisten hermosolujen kanssa."

Aiheesta aiemmin:

Vihreää elektroniikkaa polymeereistä ja proteiineista

Bakteerit johtimien tekijöinä