Инженеры Северо-Западного университета создали с помощью печати искусственные нейроны, которые не просто имитируют работу мозга, а способны напрямую взаимодействовать с ним. В рамках нового исследования команда ученых разработала гибкие и недорогие устройства, генерирующие электрические сигналы, достаточно реалистичные для активации живых клеток мозга.
При тестировании на срезах ткани мозга мышей искусственные нейроны успешно вызывали реакцию у биологических клеток. Данная работа открывает перспективы для нейропротезирования, интерфейсов «мозг — компьютер» и создания энергоэффективных вычислительных систем, подобных человеческому мозгу.
В основе разработки — электронные чернила из наночешуек дисульфида молибдена и графена, нанесенные методом аэрозольной струйной печати на гибкие полимерные подложки. В отличие от кремниевых чипов, мозг представляет собой мягкую, трехмерную и динамичную сеть. Исследователи добились сходства с ним, частично разлагая стабилизирующий полимер в чернилах, что создает неоднородную проводящую нить и вызывает электрическую реакцию, подобную нейронной.
Искусственные нейроны генерируют широкий спектр сигналов — одиночные спайки, непрерывные и прерывистые импульсы, — что позволяет каждому устройству кодировать больше информации и выполнять более сложные функции, сокращая количество необходимых компонентов. При подаче на срезы мозжечка мыши эти сигналы соответствовали биологическим по времени и форме, что позволило надежно активировать настоящие нейроны. Руководитель исследования Марк Херсам отметил, что предыдущие попытки создавать такие устройства страдали от слишком медленной или слишком быстрой реакции, тогда как новая разработка работает в уникальном временном диапазоне.
Процесс производства прост и недорог благодаря аддитивной технологии печати, которая наносит материал только там, где нужно, и значительно сокращает количество отходов. Устройства выполнены из мягких, гибких материалов, что делает их биосовместимыми и подходящими для имплантации в нервную ткань.
По сравнению с традиционными кремниевыми чипами и существующими центрами обработки данных для искусственного интеллекта, такие нейроморфные системы на порядки энергоэффективнее. Технологические компании уже строят гигаваттные центры обработки данных для ИИ, требующие атомных электростанций, и дальнейшее масштабирование за счет традиционных подходов становится проблематичным.
Читайте также: «3D-печать сфокусированными микроволнами преодолевает ограничения в производстве электроники».