首页
科技前沿
人造离子神经元能用于未来电子记忆
人造离子神经元能用于未来电子记忆
作者:作者:张梦然 发布时间:2021/08/09 文章来源:科技日报

  从人类大脑运行中获得灵感来进行电子产品的研发,是全球工程师们都关注的领域。此次,研究人员进行了一项理论分析,利用离子作为神经细胞携带信息来开发人工神经元。这一装置用石墨烯制成纳米狭缝,狭缝内由单层水来传输离子,具有与神经元相同的传输能力。相关论文发表在最新一期的《科学》杂志上。

  可以说,没有什么人造设备的效率高过人脑——人脑能执行许许多多复杂的任务,每天消耗的能量却仅相当于两个香蕉。它的高效率取决于它的基本单元——神经元。神经元有一个带纳米孔的膜,称为离子通道,根据接收到的刺激打开和关闭,由此产生的离子流会产生电流,负责发射动作电位(可兴奋细胞受到刺激时,在静息电位的基础上产生的电位变化过程),这是允许神经元相互交流的信号。

  当然,人工智能(AI)也可以完成以上所有这些任务,但代价是能耗——AI的能耗是人脑的数万倍。

  有鉴于此,来自法国国家科学研究中心与巴黎高等师范学院等机构的科学家,此次将整个研究的挑战放在设计一种与人脑一样节能的电子系统。例如,通过使用离子而不是电子来携带信息。科学家们认为,纳米流体学(研究流体在小于100纳米宽的通道中的行为方式)提供了许多观点。

  在新实验中,研究团队构建了一个人工神经元原型,其由含有单层水分子的极薄石墨烯狭缝构成。研究人员证明,在电场的作用下,来自这层水的离子可聚集成细长的簇,并产生一种被称为忆阻器效应的特性:这些簇能保留过去接收到的一些刺激,且为了与大脑比较,石墨烯狭缝再现了离子通道、簇和离子流。利用理论和数字工具,研究人员展示了如何组装这些集群以模拟动作电位发射的物理机制,从而模拟信息的传输。

  研究人员表示,他们现在的目标,是通过实验去证明此类系统可以实现简单的学习算法,在此基础上,这一算法就能为未来的电子记忆铺平道路。

  总编辑圈点

  这些年来,科学家们一直希望创造出与人脑类似的电子系统,不过他们进行研究的切入点并不相同。比如,此前有大量研究通过模拟人脑处理信息的机制,设计出规模越来越大、层数越来越多的人工神经网络。而在上述研究中,科学家的着眼点在于让人工神经元像人脑神经元一样节能。相信这些从不同角度切入的研究成果最终将融会贯通,带来更加高效、强大的人工智能。