Биоразлагаемый ИИ: рекордная память и эко-дружественность

Исследователи из Университета науки и технологий Ульсана (UNIST) разработали прорывной искусственный синапс, который отличается низким энергопотреблением, долговечностью и полной биоразлагаемостью. Эта инновация, созданная из природных компонентов, открывает новые перспективы для устойчивых нейроморфных технологий, помогая решить проблемы электронных отходов и высокого энергопотребления.

Традиционные искусственные синапсы часто страдают от высокого расхода энергии и ограниченного срока службы. Команда под руководством профессора Хёнхюб Ко поставила цель преодолеть эти ограничения, создав устройство, имитирующее работу синапсов человеческого мозга, но при этом являющееся экологически чистым.

В результате удалось создать многослойную структуру из биоразлагаемых полимеров, способную долговременно хранить информацию и работать с минимальным потреблением энергии. Конструкция напоминает "сэндвич", где ионно-активные слои разделены ионно-связующим слоем на основе ацетата целлюлозы (полученного из растительных стеблей), а также слоями из материалов раковин и бобов.

При подаче электрического тока внутри устройства высвобождаются ионы натрия, аналогичные природным нейромедиаторам. Эти ионы связываются на границах слоев, что называется ион-дипольным связыванием. Благодаря этому синапс сохраняет часть ионов даже после прекращения стимуляции, что позволяет ему генерировать каскадные реакции и поддерживать различные формы синаптической пластичности, включая кратковременную и долговременную память.

Примечательно, что данный искусственный синапс способен удерживать память около 6000 секунд (примерно 100 минут), что делает его самым долговечным биоразлагаемым синапсом, описанным на данный момент.

Энергоэффективность устройства поражает: всего 0.85 фемтоджоулей на сигнал, что значительно меньше, чем требуется естественным синапсам мозга (от 2.4 до 24 фемтоджоулей на событие).

Кроме выдающихся характеристик, устройство полностью биоразлагаемо. Ионно-активные и ионно-связующие слои естественным образом разлагаются в почве в течение 16 дней, способствуя решению проблемы накопления электронных отходов. Используемые материалы, такие как ацетат целлюлозы и хитозан из раковин, безопасны для окружающей среды и разлагаются без образования вредных остатков.

Команда также продемонстрировала практическое применение разработки в простой роботизированной системе, имитирующей рефлексы. При обнаружении тепла движение ионов внутри устройства усиливает сигнал, заставляя роботизированную руку отдергиваться от горячего объекта, подобно человеческому рефлексу.

Это демонстрирует потенциал эко-дружелюбных роботов, способных обучаться и реагировать на внешние раздражители, а затем безопасно разлагаться, не нанося вреда природе.

Профессор Ко подчеркнул: "Наша работа одновременно решает ряд ключевых проблем в технологии искусственных синапсов: сверхнизкое энергопотребление, стабильность, долговечность и биоразлагаемость. Это важный шаг на пути к созданию экологически чистых нейроморфных устройств, способных безопасно взаимодействовать с окружающей средой, а затем бесследно исчезать.".