Искусственный нейрон ведет себя как настоящий: те же реакции, размер и потребление

Американские инженеры из Массачусетского университета (UMass) в Амхерсте создали искусственный нейрон, во всем похожий на настоящий.

Этот искусственный нейрон не просто имитирует поведение настоящих, но и соответствует им по размерам, энергопотреблению, силе сигналов и времени реакции на химические возбудители. Нейроны — это удивительные биологические устройства, обеспечивающие такие сложные процессы, как мышление, эмоции и движение, посредством специализированной коммуникации большими сетями с использованием электрических и химических сигналов.

«Наш мозг обрабатывает огромный объем данных. Но его энергопотребление очень и очень низкое, особенно по сравнению с количеством электроэнергии, необходимой для работы большой языковой модели, как ChatGPT», — отмечает ведущий автор исследования Шуай Фу.

Искусственный нейрон был создан на основе мемристора — запоминающего резистора, созданного с использованием белковых нанопроводов, полученных из микроба Geobacter sulfurreducens. Эта бактерия образует проводящие наноразмерные провода, которые после интеграции в мемристор значительно снижают напряжение, необходимое для переключения. Это позволяет мемристору работать при напряжении около 60 мВ и при малом токе, около 1,7 нА, что близко к реальным нейронам.

«Предыдущие версии искусственных нейронов потребляли в 10 раз больше напряжения и в 100 раз больше энергии, чем созданная нами. Наш регистрирует всего 0,1 В, что примерно равно напряжению нейронов в нашем организме», — подчеркивает автор-корреспондент исследования Цзюнь Яо.

Исследователи интегрировали мемристор в простую резистивно-конденсаторную цепь для воспроизведения различных фаз электрической активности нейрона. Таким образом мемристор проходил этапы интеграции заряда: