Znanstvenici sa Sveučilišta Massachusetts Amherst razvili su umjetne neurone čija električna aktivnost gotovo savršeno oponaša rad prirodnih moždanih stanica. Novi pristup, opisan u časopisu Nature Communications, temelji se na nanonitima izrađenima od bakterija koje proizvode električnu energiju, a mogao bi označiti prekretnicu u razvoju računala koja rade poput živih sustava, s iznimnom učinkovitošću i mogućnošću izravne komunikacije s biološkim tkivom.

Najveći izazov dosad bilo je stvoriti umjetni neuron koji radi pri naponima usporedivima s onima u ljudskom mozgu. Dosadašnji modeli trošili su deset puta više napona i stotinu puta više energije, što ih je činilo neprimjerenima za izravnu interakciju s moždanim stanicama. Novi neuronski model koji su razvili inženjeri s UMassa koristi napon od samo 0,1 volta, gotovo identičan onome koji koriste biološki neuroni. Time je postignuta razina energetske učinkovitosti koja je do sada bila nezamisliva u elektroničkim sustavima.

Mozak kao inspiracija za učinkovitije strojeve

Ljudski mozak obrađuje goleme količine informacija trošeći tek oko 20 vata energije, otprilike kao žarulja. U usporedbi s time, veliki računalni modeli, poput onih koji pokreću umjetnu inteligenciju, zahtijevaju više od megavata kako bi obavili slične zadatke.

Ova otkrića otvaraju mogućnost stvaranja “živopisnih” računala koja će kombinirati biološke i umjetne elemente. Takvi sustavi mogli bi ne samo obrađivati podatke na energetski učinkovit način, već i komunicirati izravno s ljudskim tijelom, što bi moglo dovesti do naprednijih medicinskih senzora i sučelja između mozga i stroja, piše Science Daily.

Bakterije koje stvaraju struju

Ključna komponenta novog neurona su proteinske nanoniti bakterije Geobacter sulfurreducens, poznate po sposobnosti stvaranja električne energije. Ove biorazgradive i vodljive niti omogućuju preciznu regulaciju električnih signala pri vrlo niskim naponima. Znanstveni tim koji ih je razvio već je ranije koristio iste nanonite za stvaranje uređaja koji proizvode energiju iz znoja, „elektroničkog nosa“ koji prepoznaje bolesti, pa čak i sustava koji prikuplja električnu energiju iz zraka.

Tehnologija budućnosti koja povezuje biologiju i elektroniku

Zahvaljujući ovom otkriću, budući uređaji mogli bi funkcionirati bez potrebe za pojačavanjem električnih signala, što znači manju potrošnju energije i jednostavnije, osjetljivije sustave. To bi moglo revolucionirati područja od nosivih senzora i neuralnih implantata, do računala inspiriranih ljudskim mozgom.

Istraživanje je provedeno uz potporu Američke vojske (Army Research Office), Nacionalne zaklade za znanost (NSF), Nacionalnih instituta za zdravlje (NIH) i Zaklade Alfred P. Sloan, što dodatno potvrđuje njegov strateški značaj u razvoju inteligentnih, energetski učinkovitih tehnologija budućnosti.

Trening za mozak: 5 jednostavnih vježbi koje jačaju koncentraciju i pamćenje