Ворсинки бактерій дозволили зробити штучний нейрон, який працює від біотоку

Використання бактерій, що проводять пилок, дозволило багаторазово зменшити робочу напругу мемристорів до 50 мілівольт. Маленька напруга дозволяє використовувати такі пристрої в якості штучних нейронів, що підключаються безпосередньо до живих нервових ланцюгів, що допоможе у створенні ефективного нейроінтерфейсу. Стаття опублікована в журналі.

Мозок тварин, хоча і поступається комп'ютеру в арифметичних операціях, набагато ефективніше його у вирішенні звичайних побутових проблем, таких як розпізнавання образів. Штучні нейромережі, по суті, програмним чином імітують роботу живих нейронних мереж. Якби процесор не емулював роботу нейронної мережі, а сам працював за її принципом на фізичному рівні, це б суттєво збільшило продуктивність.

Як основу потенційного нейроморфного процесора вчені розглядають мемристори - пристрої, провідність яких короткочасно збільшується під дією електричних імпульсів, що робить їх функціонально схожими з нейронами. Крім того, з їх допомогою можна створювати нейроінтерфейси. Проблема в тому, що робоча напруга мемристорів, під дією якого вони починають збільшувати провідність, лежить в діапазоні 0,2-2 вольт, а типовий біоток становить всього близько 50 мілівольт, тому їх неможливо підключати до нервів безпосередньо без перетворювачів.

Тіанда Фу (Tianda Fu) з Массачусетського університету (UMASS) і її колеги придумали, як знизити робочу напругу мемристорів. Зазвичай, у них за збільшення провідності відповідає наступний процес: на аноді метал окисляється до позитивного іона, перетікає на катод, і на катоді відновлюється до нейтрального.

Атоми використовуваних металів, наприклад, срібла, легко окисляються до іонів, але набагато гірше відновлюються, і щоб це змінити потрібен каталізатор.

Бактерії оточені провідними нанорозмірними пилками (ворсинками), які вони використовують для обміну електронами з мінералами та іншими клітинами. Для даного дослідника ці ворсинки були цікаві тим, що вони сприяють відновленню металів.

Пили зібрали з бактерій, і помістили в 200-нанометровий зазор між срібними катодом і анодом. Мемристор короткочасно переходив у стан з низьким опором при напрузі в 60 мілівольт, після чого спонтанно повертався до попереднього стану. Це напруження в три рази менше ніж у найнижчовольтнішого мемристора з існуючих і дозволяє зчитувати їм біотоки безпосередньо.

Автори вважають, що надалі на подібній елементарній базі можна буде створювати процесори, що не потребують зовнішнього харчування, а підключені тільки до людських нервів і є їх продовженням.

Раніше за допомогою мемристорів вже з'єднували нейрони через інтернет, але в тій конструкції використовувався підсилювач.