Създадена е протеинова електроника максимално приличаща на мозъчните неврони
Американски учени са създали изкуствени неврони от протеинови нишки, които функционират като живите си аналози. Технологията обещава да направи пробив в създаването на енергоефективни устройства с изкуствен интелект. Статия с описание на това впечатляващо постижение е публикувана в списанието Nature Communications.
Известно е, че изкуствените невронни мрежи в голяма степен повтарят принципите на работа на мозъка и се използват преди всичко в системите за изкуствен интелект. Невронната мрежа може да се реализира като програма на компютър или чрез използването на специални електронни елементи. В този случай най-перспективни елементи за създаването на изкуствени неврони са мемристорите. Мемристорът (на английски: memristor) е електронен пасивен елемент, като названието му идва от комбинирането на „memory“-памет и „resistor“ – резистор. Неговото основно свойство е да изменя съпротивлението си в зависимост от протичащия през него електричeски заряд.
Първите мемристори са се появили през 2008 година. За тяхната работа първоначално са били необходими достатъчно високи напрежения. След десетилетие на развитие на тази технология учените създадоха мемристори, работещи при напрежение от 0,2 – 2 V, което е характерно за съвременната електроника. Но тези устройства са още много далеч от енергоефективността на нервната система. Амплитудата на електрическия сигнал в неврона е 0,1V. Това позволява на мозъка, съдържащ около 100 милиарда неврона, да използва мощност от около 12 вата.
Неочакван пробив в тази насока е постигнал екип от Масачузетския университет в Амхърст , начело с професор Цзюн Яо.
От известно време този екип проучва свойствата на протеинови нишки с нано-диаметри, които се произвеждат от бактерията Geobacter sulfurreducens. В последното си изследване те са успели да направят от този материал мемристори за изкуствени невронни мрежи.
„Това е първото подобно устройство, което може да работи с такова ниво на напрежение, с което работи и мозъка. Това е концептуален пробив и ние смятаме, че той ще предизвика много следващи изследвания в областта на електрониката, която работи в режимa на „биологическото“ напрежение“ – обяснява Яо.
Колегите ни, вероятно „даже не са се надявали“, че понастоящем нещо подобно ще може да бъде осъществено, добавя учена.
Тайната се състои в това, че протеините на Geobacter sulfurreducens химически възстановяват метали. За сметка на този процес микробите получават енергия.

Източник: Nature Communication
Изследователите са сглобили мемристор от протеинови нановлакна и тънка сребърна тел. По метала са пропускали електрически импулси. В резултат на това в устройството са се създавали нови отклонения на нановлакната, които са сто пъти по-тънки от човешкия косъм.
Този процес прилича на създаването на нови връзки между невроните (синапси) в нервната система, а това е този анатомичен механизъм, който отговаря за обучението на мозъка.
„За разлика от обикновения компютър това устройство притежава способност да се обучава без да се използва програмно осигуряване“ – подчертава Яо.
Системата работи при напрежения от 0,04 – 0,1 волта, съпоставими с напреженията на електрическите заряди при живите неврони. Това я прави изключително енергоефективна. Новите изкуствени нервни клетки са близки до своите естествени аналози и по скоростта на своята работа. Освен това протеиновите нановлакна са стабилни във вода и други биологични течности, което може да се окаже много важно свойство при използването им за медицински цели. От друга страна за своето прозводство протеиновите нановлакна не изискват голям разход на енергия и не се използват токсични химикали.
Професор Яо споделя, че голямата му желание е някога да успее да съедини протеиновите неврони с живи нервни клетки.