Ученые создали компьютерный чип на основе меда
В человеческом мозге находится более 100 млрд нейронов с более чем 1000 трлн синапсов (связей) между ними. Каждый нейрон может как обрабатывать, так и хранить данные. Это делает мозг гораздо более эффективным, чем традиционный компьютер, поэтому разработчики вычислительных систем стремятся имитировать эту структуру, чтобы создать компьютер будущего. В этом им поможет мед.
Как работают нейроморфные компьютеры?
Нейроморфные системы вдохновлены человеческим мозгом. Они моделируют работу нейронов и их отростков, которые отвечают за передачу и восприятие данных. В то же время связи между нейронами образуются за счет синапсов — специальных контактов, по которым транслируются электрические сигналы. На этой основе строится работа компьютеров будущего.
Нейроморфные системы намного быстрее и потребляют гораздо меньше энергии, чем традиционные вычислительные машины. Задача компьютеров на базе этих систем — ускорить обучение сверхточных нейронных сетей. Нейроморфный подход дает возможность реализовывать алгоритмы машинного обучения точечно, не обращаясь постоянно к массиву всех данных. Так, вся необходимая информация постоянно дрейфует в искусственных нейронах и легко перемещается в нужный участок машинного мозга в случае необходимости.
Почему именно мед?
Недавно инженеры продемонстрировали один из способов сделать нейроморфные системы более органичными, используя мед для изготовления мемристора — компонента, похожего на транзистор, который может не только обрабатывать, но и хранить данные в памяти.
Ученые создали мемристоры, переработав мед в твердую форму и поместив его между двумя металлическими электродами, создав структуру, похожую на человеческий синапс. Затем специалисты проверили способность медовых мемристоров имитировать работу синапсов с высокой скоростью включения (100 наносекунд) и выключения (500 наносекунд). Мемристоры также имитировали функции синапсов, которые отвечают за процессы обучения в человеческом мозгу и сохранение новой информации в нейронах.
Инженеры создали медовые мемристоры в микромасштабе, поэтому их размер не превышает человеческий волос.
Это очень маленькое устройство с простой структурой, но его функции очень похожи на человеческий нейрон. Можно объединить миллионы или миллиарды этих медовых мемристоров вместе, а затем превратить их в нейроморфную систему, функционирующую во многом подобно человеческому мозгу
一 Фэн Чжао, доцент Школы инженерии и компьютерных наук WSU и автор исследованияОбычные компьютерные системы основаны на так называемой архитектуре фон Неймана — принципе совместного хранения команд и данных в памяти устройства. Названная в честь создателя, архитектура включает в себя вход (информация вводится с помощью клавиатуры и мыши) и выход (данные показываются через монитор).
По словам Чжао, передача информации через все эти механизмы от ввода к обработке и от памяти к выводу требует много энергии, по крайней мере, по сравнению с человеческим мозгом. Например, суперкомпьютер Fugaku использует для работы более 28 млн ватт, в то время как мозг потребляет всего от 10 до 20 ватт.
Мед не портится. У него очень низкая концентрация влаги, поэтому бактерии не могут в нем выжить. Это означает, что подобные компьютерные чипы будут очень стабильными и надежными в течение очень долгого времени. А если мы захотим избавиться от устройств, использующих компьютерные чипы из меда, мы сможем легко растворить их в воде
一 Фэн Чжао, доцент Школы инженерии и компьютерных наук WSU и автор исследованияМногие разработчики по-прежнему используют невозобновляемые и токсичные материалы, которые в настоящее время используются в обычных компьютерных чипах. Тем временем команда Чжао ищет биоразлагаемые и возобновляемые решения для использования в многообещающем типе вычислений.
Чжао также ведет исследования по использованию белков и других сахаров, которые содержатся в листьях алоэ вера, но большой потенциал он видит именно в меде.
━━━━━
Анастасия Дегтярева
