Keinotekoiset neuronit ja elävät solut

Massachusettsin Amherstin yliopiston insinööritiimi on ilmoittanut luoneensa keinotekoisen neuronin, jonka sähköiset toiminnot vastaavat tarkasti biologisten neuronien toimintoja.

Tutkimusryhmän aiempaan työhön sähköä tuottavista bakteereista syntetisoitujen proteiininanolankojen avulla perustuen tämä löytö tarkoittaa, että voimme nähdä erittäin tehokkaita biologisilla periaatteilla rakennettuja tietokoneita, jotka voisivat olla suoraan yhteydessä eläviin soluihin.

”Aivomme käsittelevät valtavan määrän dataa”, sanoo tutkimuksen johtava kirjoittaja Shuai Fu. ”Mutta sen virrankulutus on erittäin, erittäin alhainen, varsinkin verrattuna sähkön määrään, jota tarvitaan suuren kielimallin, kuten ChatGPT:n, suorittamiseen.”

Ihmiskeho on yli 100 kertaa sähkötehokkaampi kuin tietokoneen sähköpiiri.. Kun aivot tarvitsevat esimerkiksi tarinan kirjoittamiseen vain noin 20 wattia, LLM saattaa kuluttaa saman tehtävän suorittamiseen reilusti yli megawatin verran sähköä.

Vaikka sähkö- ja tietokoneinsinöörit ovat jo pitkään olleet kiinnostuneita keinotekoisten neuronien käytöstä tehokkaampien tietokoneiden piireinä, ongelmana on aina ollut niiden jännitteen pitäminen riittävän pienenä.

"Meidän neuronimme rekisteröivät vain 0,1 volttia, mikä on suunnilleen sama kuin kehomme neuronit", sanoo artikkelin vanhempi kirjoittaja Jun Yao.

Fun ja Yaon uudella neuronilla on laaja valikoima sovelluksia, tietokoneiden uudelleensuunnittelusta bioinspiroituneiden ja paljon tehokkaampien periaatteiden mukaisesti aina elektronisiin laitteisiin, jotka voisivat puhua suoraan kehoillemme.

"Meillä on tällä hetkellä kaikenlaisia puettavia elektronisia tunnistusjärjestelmiä", Yao sanoo, "mutta ne ovat suhteellisen kömpelöitä ja tehottomia. Joka kerta, kun ne havaitsevat kehostamme tulevan signaalin, niiden on vahvistettava se sähköisesti, jotta tietokone voi analysoida sen.

Tämä vahvistuksen välivaihe lisää sekä virrankulutusta että piirin monimutkaisuutta, mutta matalajännitteisillä neuroneillamme rakennetut anturit voisivat pärjätä ilman minkäänlaista vahvistusta."

Tiimin uuden pienitehoisen neuronin salainen ainesosa on proteiininanolangat, joka on syntetisoitu Geobacter sulfurreducens -bakteerista, jolla on myös superkyky tuottaa sähköä.

Yao on useiden kollegoidensa kanssa käyttänyt bakteerin proteiininanolankoja suunnitellakseen kokonaisen joukon poikkeuksellisen tehokkaita laitteita: hiestä virtansa saavan biokalvon, joka voi käyttää henkilökohtaista elektroniikkaa; "elektronisen nenän", joka voi haistaa sairauksia; ja laitteen, joka voidaan rakentaa lähes mistä tahansa ja joka voi kerätä sähköä itsestään ilmasta.

Aiheesta aiemmin:

Antureita mikrobien nanolangoista

Neuromorfinen memristori

Vihreää elektroniikkaa polymeereistä ja proteiineista