Искусственные аналоги человеческого мозга могут стать реальностью благодаря созданию микроскопических устройств, имитирующих связи между нейронами.

Изобретение может приблизить создание человекоподобных роботов, самоуправляемых автомобилей, интеллектуальных аналитических систем, революционных инструментов медицинской диагностики и т. п., — обещает один из авторов разработки Тэ Ву Ли (Tae-Woo Lee) из Пхоханского университета науки и технологии (Южная Корея).

Человеческий мозг обладает колоссальной вычислительной мощностью, которая обеспечивается многочисленными соединениями нейронов — синапсами. Считается, что в мозге около 100 миллиардов нейронов и около одного квадриллиона соединений. Каждый синапс срабатывает примерно 10 раз в секунду.

Теоретически мозг может выполнять около 10 квадриллионов операций в секунду. Для сравнения: самый быстрый китайский суперкомпьютер «Тяньхэ-2» способен делать до 55 квадриллионов вычислений в секунду. Однако мощность, потребляемая человеческим мозгом, несоизмеримо меньше той, что требуется компьютеру, — всего 20 Вт против 17,8 МВт, необходимых «Тяньхэ-2».

Ученые во главе с Тэ Ву Ли намерены создать компьютер, имитирующий человеческий мозг и при этом сравнимый с биологическим аналогом не только по эффективности, но и по экономичности.

До сих пор искусственные синапсы требовали для своей работы намного больше энергии, чем человеческие. Синапсы, созданные командой Ли, потребляют всего 1,23 фемтоджоуля на единичную активность, что делает их рекордсменами среди всех ранее созданных устройств такого рода. К слову, яблоко, упавшее на землю с высоты одного метра, к моменту удара накапливает около одного квадриллиона фемтоджоулей кинетической энергии.

Искусственные синапсы Ли представляют собой своего рода транзисторы, способные имитировать активность соединений между клетками человеческого мозга. В основе этих устройств — провода диаметром 200–300 нанометров. Ученые поместили 144 синаптических транзистора на десятисантиметровую пластину.

Искусственные синапсы имеют двухслойную структуру, выполненную из органических материалов. Благодаря такой конструкции устройства могут запирать или освобождать ионы, имитируя работу настоящих синапсов.

В настоящее время группа Ли работает над созданием органических нанопроводов диаметром уже в десятки нанометров. Экспериментируя с различными материалами, ученые надеются еще больше снизить энергопотребление искусственных синапсов.

О своих достижениях ученые рассказали в журнале Science 17 июня.