Хитозан из панцирей, гуаровая камедь из бобов и память на 100 минут. Представлен искусственный синапс, который исчезает в почве за 16 дней
NewsMakerБиосинапс удерживает память без питания и ломает привычную логику жизненного цикла гаджетов.
Представьте микрочип, который умеет «помнить» как мозг, но после работы не отправляется на свалку, а буквально исчезает в земле. Именно такой прототип показали исследователи из Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) в Южной Корее: они собрали искусственный синапс из биоразлагаемых материалов, а потом добились того, чтобы он полностью распадался в почве.
Искусственные синапсы нужны для так называемой нейроморфной электроники, это попытка перенести принципы работы нервной системы в «железо», чтобы вычисления и хранение информации происходили ближе к тому, как это делает мозг. Но у таких компонентов есть две хронические проблемы: они требуют энергии и в итоге пополняют горы электронного мусора. Команда UNIST решила сыграть в другую игру и собрать «синапс», который одновременно работает на сверхмалых энергиях, выдерживает эксплуатацию и при этом сделан из безопасных, разлагаемых материалов.
По сути это крошечная многослойная структура, похожая на микроскопический «сэндвич». Два внешних слоя выполнены из природных полимеров, например хитозана (его получают из панцирей) и гуаровой камеди (из бобов), а между ними находится слой на основе целлюлозного ацетата, производного растительных волокон. Внутри добавлена обычная соль, которая дает натриевые ионы, они здесь играют роль аналога нейромедиаторов. Когда на устройство подают электрический импульс, ионы смещаются и частично «застревают» на границах слоев, из-за чего следующий сигнал проходит уже иначе. Это и есть аппаратная имитация памяти: компонент сохраняет состояние даже после отключения питания и может демонстрировать эффекты, похожие на кратковременную и долговременную пластичность.
Авторы утверждают, что прототип держит «след памяти» примерно 5944 секунды, то есть около 100 минут, и это рекордная долговременная память среди полностью биоразлагаемых искусственных синапсов, о которых сообщалось ранее. При этом энергопотребление заявлено на уровне 0,85 фемтоджоуля на событие, что сопоставимо или даже ниже оценок для биологических синапсов, которые обычно находятся в диапазоне единиц фемтоджоулей.
Самое эффектное в этой истории то, что «последнего пути на полигон» у такого устройства не предполагается. По данным UNIST, ключевые слои конструкции полностью разлагаются в почве примерно за 16 дней, оставляя после себя минимум следов, без токсичных остатков, по крайней мере в рамках их испытаний.
Чтобы показать, что это не просто красивая химия, исследователи собрали простую демонстрацию в духе рефлекса: связали искусственный синапс с термодатчиком и приводом, и в ответ на тепло система заставляла роботизированную «руку» отдергиваться от горячего объекта. Пока это лабораторный прототип, но идея читается ясно: электроника, которая умеет учиться и реагировать, а затем может безопасно исчезнуть, может пригодиться в одноразовых сенсорах, медицинских устройствах и робототехнике там, где особенно важно не накапливать мусор. Исследование опубликовано в Nature Communications.
Представьте микрочип, который умеет «помнить» как мозг, но после работы не отправляется на свалку, а буквально исчезает в земле. Именно такой прототип показали исследователи из Ульсанского национального института науки и технологий (UNIST) в Южной Корее: они собрали искусственный синапс из биоразлагаемых материалов, а потом добились того, чтобы он полностью распадался в почве.
Искусственные синапсы нужны для так называемой нейроморфной электроники, это попытка перенести принципы работы нервной системы в «железо», чтобы вычисления и хранение информации происходили ближе к тому, как это делает мозг. Но у таких компонентов есть две хронические проблемы: они требуют энергии и в итоге пополняют горы электронного мусора. Команда UNIST решила сыграть в другую игру и собрать «синапс», который одновременно работает на сверхмалых энергиях, выдерживает эксплуатацию и при этом сделан из безопасных, разлагаемых материалов.
По сути это крошечная многослойная структура, похожая на микроскопический «сэндвич». Два внешних слоя выполнены из природных полимеров, например хитозана (его получают из панцирей) и гуаровой камеди (из бобов), а между ними находится слой на основе целлюлозного ацетата, производного растительных волокон. Внутри добавлена обычная соль, которая дает натриевые ионы, они здесь играют роль аналога нейромедиаторов. Когда на устройство подают электрический импульс, ионы смещаются и частично «застревают» на границах слоев, из-за чего следующий сигнал проходит уже иначе. Это и есть аппаратная имитация памяти: компонент сохраняет состояние даже после отключения питания и может демонстрировать эффекты, похожие на кратковременную и долговременную пластичность.
Авторы утверждают, что прототип держит «след памяти» примерно 5944 секунды, то есть около 100 минут, и это рекордная долговременная память среди полностью биоразлагаемых искусственных синапсов, о которых сообщалось ранее. При этом энергопотребление заявлено на уровне 0,85 фемтоджоуля на событие, что сопоставимо или даже ниже оценок для биологических синапсов, которые обычно находятся в диапазоне единиц фемтоджоулей.
Самое эффектное в этой истории то, что «последнего пути на полигон» у такого устройства не предполагается. По данным UNIST, ключевые слои конструкции полностью разлагаются в почве примерно за 16 дней, оставляя после себя минимум следов, без токсичных остатков, по крайней мере в рамках их испытаний.
Чтобы показать, что это не просто красивая химия, исследователи собрали простую демонстрацию в духе рефлекса: связали искусственный синапс с термодатчиком и приводом, и в ответ на тепло система заставляла роботизированную «руку» отдергиваться от горячего объекта. Пока это лабораторный прототип, но идея читается ясно: электроника, которая умеет учиться и реагировать, а затем может безопасно исчезнуть, может пригодиться в одноразовых сенсорах, медицинских устройствах и робототехнике там, где особенно важно не накапливать мусор. Исследование опубликовано в Nature Communications.