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人造離子神經(jīng)元能用于未來電子記憶相關(guān)論文發(fā)表在最新一期的《科學》雜志上

2021-08-09 16:56:49來源：格隆匯

從人類大腦運行中獲得靈感來進行電子產(chǎn)品的研發(fā)

，是全球工程師們都關(guān)注的領(lǐng)域

。此次

，研究人員進行了一項理論分析

，利用離子作為神經(jīng)細胞攜帶信息來開發(fā)人工神經(jīng)元。這一裝置用石墨烯制成納米狹縫

，狹縫內(nèi)由單層水來傳輸離子

，具有與神經(jīng)元相同的傳輸能力。相關(guān)論文發(fā)表在最新一期的《科學》雜志上

。

可以說

，沒有什么人造設(shè)備的效率高過人腦——人腦能執(zhí)行許許多多復(fù)雜的任務(wù)，每天消耗的能量卻僅相當于兩個香蕉

。它的高效率取決于它的基本單元——神經(jīng)元

。神經(jīng)元有一個帶納米孔的膜，稱為離子通道

，根據(jù)接收到的刺激打開和關(guān)閉

，由此產(chǎn)生的離子流會產(chǎn)生電流，負責發(fā)射動作電位(可興奮細胞受到刺激時

，在靜息電位的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的電位變化過程)

，這是允許神經(jīng)元相互交流的信號。

當然

，人工智能(AI)也可以完成以上所有這些任務(wù)

，但代價是能耗——AI的能耗是人腦的數(shù)萬倍

。

有鑒于此，來自法國國家科學研究中心與巴黎高等師范學院等機構(gòu)的科學家

，此次將整個研究的挑戰(zhàn)放在設(shè)計一種與人腦一樣節(jié)能的電子系統(tǒng)

。例如，通過使用離子而不是電子來攜帶信息

?div id="jfovm50" class="index-wrap">？茖W家們認為，納米流體學(研究流體在小于100納米寬的通道中的行為方式)提供了許多觀點

。

在新實驗中，研究團隊構(gòu)建了一個人工神經(jīng)元原型

，其由含有單層水分子的極薄石墨烯狹縫構(gòu)成

。研究人員證明，在電場的作用下

，來自這層水的離子可聚集成細長的簇

，并產(chǎn)生一種被稱為憶阻器效應(yīng)的特性：這些簇能保留過去接收到的一些刺激，且為了與大腦比較

，石墨烯狹縫再現(xiàn)了離子通道

、簇和離子流。利用理論和數(shù)字工具

，研究人員展示了如何組裝這些集群以模擬動作電位發(fā)射的物理機制

，從而模擬信息的傳輸。

研究人員表示

，他們現(xiàn)在的目標

，是通過實驗去證明此類系統(tǒng)可以實現(xiàn)簡單的學習算法，在此基礎(chǔ)上

，這一算法就能為未來的電子記憶鋪平道路

。

(記者張夢然)

責任編輯：孫知兵

關(guān)鍵詞：人造離子神經(jīng)元電子記憶

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