Полностью биоразлагаемый, прочный и энергоэффективный искусственный синапс представила исследовательская группа из Нанкинского университета информационных наук и технологий (Китай).
Инновационное устройство, полностью изготовленное из экологически чистых природных материалов, таких как ракушки, бобы и растительные волокна, может помочь решить растущие проблемы, связанные с электронными отходами и высоким энергопотреблением.
Устройство, представленное в журнале Nature Communications, — это миниатюрный сэндвич, в котором ионоактивные слои, изготовленные из ракушек и бобов, разделены ионосвязывающим слоем из ацетата целлюлозы, получаемого из стеблей растений. При подаче электричества внутри устройства высвобождаются ионы натрия, аналогичные естественным нейромедиаторам.
Эти ионы связываются на границах раздела, что называется ионно-дипольной связью. Она позволяет синапсу удерживать некоторые ионы даже после прекращения стимуляции. Это позволяет устройству генерировать каскадные реакции, поддерживающие различные формы синаптической пластичности, в том числе кратковременную и долговременную память.
Примечательно, что этот искусственный синапс может сохранять память в течение почти 6000 секунд, что делает его самым долговечным биоразлагаемым синапсом из известных на сегодняшний день. Кроме того, он потребляет крайне мало энергии — всего 0,85 фемтоджоуля на сигнал, что намного меньше, чем обычно требуется естественным синапсам мозга, — от 2,4 до 24 фемтоджоулей на событие.
Помимо высокой производительности, устройство экологически безопасно. Ионно-активный и ионно-связывающий слои естественным образом разлагаются в почве в течение 16 дней, что помогает решить растущую проблему электронных отходов.
Работу синапса авторы исследования испытали в простой роботизированной системе, имитирующей рефлексы. Когда устройство обнаруживало тепло, движение ионов внутри него усиливало сигнал, заставляя руку робота отдернуться от горячего предмета — точно так же, как это происходит у людей.
Наша работа направлена на преодоление самых серьезных препятствий в технологии искусственных синапсов — сверхнизкое энергопотребление, стабильность, долговечность и биоразлагаемость — и все это одновременно. Это значительный шаг на пути к разработке экологически чистых нейроморфных устройств, которые могут безопасно взаимодействовать с окружающей средой, а затем бесследно исчезать.
Ранее Наука Mail писала, что в МФТИ создали «цифровой мозг» для робоптиц.
