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用于未来电子记忆的人造离子神经元

更新时间:2021-08-07 16:29:22

受大脑启发的电子产品是深入研究的主题。来自 CNRS 和 Ecole Normale Supérieure – PSL 的科学家已经对如何使用作为神经细胞的离子来携带信息来开发人工神经元进行了理论分析。他们的工作于 2021 年 8 月 6 日发表在某杂志上,报告称,由石墨烯纳米狭缝内的单层水传输离子制成的装置具有与神经元相同的传输能力。

每天消耗的能量相当于两个香蕉,人脑可以执行许多复杂的任务。它的高能量效率尤其取决于它的基本单元,即神经元,它有一个带有纳米孔的膜,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,这是允许神经元相互交流的信号。

人工智能可以完成所有这些任务,但代价是能耗是人脑的数万倍。因此,今天的整个研究挑战是设计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。为此,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。在一项新研究中,来自 ENS 物理实验室(CNRS/ENS-PSL/索邦大学/巴黎大学)的一个团队展示了如何构建由含有单层水分子的极薄石墨烯狭缝形成的人工神经元原型1. 科学家们已经证明,在电场的作用下,来自这层水的离子聚集成细长的团簇,并产生一种称为忆阻器效应的特性:这些团簇保留了过去接收到的一些刺激。为了重复与大脑的比较,石墨烯狭缝再现了离子通道、簇和离子流。并且,使用理论和数字工具,科学家们已经展示了如何组装这些集群以重现动作电位发射的物理机制,从而重现信息的传输。

这项理论工作在法国团队内继续进行,与曼彻斯特大学(英国)的科学家合作。现在的目标是通过实验证明这样的系统可以实现简单的学习算法,这些算法可以作为未来电子记忆的基础。

最近由 André Geim 小组在曼彻斯特发明(2010 年诺贝尔物理学奖)

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