Stworzyli sztuczne neurony. Zużywają mniej energii niż komputer

Sztuczne neurony inspirowane naturą mogą stać się fundamentem dla bardziej energooszczędnych komputerów i zaawansowanych interfejsów mózg-komputer. Ludzki mózg, który zawiera miliardy wyspecjalizowanych komórek przesyłających impulsy elektryczne, działa z o wiele większą efektywnością energetyczną niż dzisiejsze komputery.

Jak opisują autorzy badania opublikowanego w naukowym czasopiśmie "Nature Communications", ludzki mózg w swojej pracy jest znacznie bardziej energooszczędny niż jakikolwiek komputer – działa z co najmniej 100 razy większą wydajnością niż obwód elektryczny przeciętnego komputera. Na wykonanie zadania, takiego jak napisanie opowiadania, mózg zużywa zaledwie 20 watów mocy, czyli tyle co żarówka LED. To samo zdanie wykonywane przez model językowy, np. ChatGPT, może wymagać zużycia ponad 1 megawata.

- Nasz mózg przetwarza ogromną ilość danych. Jednak jego zużycie energii jest bardzo, bardzo małe, zwłaszcza w porównaniu z ilością energii elektrycznej potrzebnej do uruchomienia dużego modelu językowego, takiego jak ChatGPT – skomentował główny autor pracy Shuai Fu z University of Massachusetts w Amherst (USA), którego cytuje PAP.

Badania przeprowadzone przez zespół z amerykańskiego Uniwersytetu Massachusetts w Amherst zaowocowały stworzeniem sztucznych neuronów zasilanych nanodrutami białkowymi, które pracują przy minimalnym napięciu. Współautor badań, Yun Yao, podkreślił, że dzięki tak niskiemu zużyciu możliwa jest bezpośrednia współpraca z komórkami biologicznymi, co w sposób znaczący poprawia efektywność energetyczną.

Kluczowym materiałem w tej technologii są nanodruty białkowe produkowane przez bakterię Geobacter sulfurreducens, która umiejętnie wytwarza i przewodzi energię elektryczną. Uważa się, że ich zastosowanie może prowadzić do rozwoju urządzeń o funkcjonalności porównywalnej do żywych organizmów, jak również elektroniki noszonej, która nie będzie już zależna od energochłonnych wzmacniaczy.

Zdaniem autorów pracy wyniki ich badań mogą doprowadzić do powstania inspirowanych biologią komputerów o wydajności porównywalnej z żywymi organizmami oraz noszonych na ciele akcesoriów elektronicznych elektroniki noszonej, która nie będzie już potrzebowała energochłonnych wzmacniaczy sygnałów płynących z ciała.

- Obecnie dysponujemy wszelkiego rodzaju przenośnymi systemami czujników elektronicznych, ale są one stosunkowo nieporęczne i nieefektywne. Za każdym razem, gdy wykryją sygnał z naszego ciała, muszą go wzmocnić elektrycznie, aby komputer mógł go przeanalizować – wyjaśnił Yao. Zaznaczył, że wpływa to zarówno na większe zużycie energii, jak i wymaga bardziej złożonych układów. - Czujniki zbudowane z naszych neuronów niskonapięciowych mogłyby w ogóle obejść się bez wzmocnienia – podkreślił badacz, cytowany przez PAP.

Zespół z amerykańskiej uczelni już teraz wykorzystuje nanodruty w innowacyjnych projektach, takich jak „elektroniczny nos” do wykrywania chorób czy urządzenia czerpiące energię z powietrza. Te innowacje wskazują, że opracowane technologie mogą zrewolucjonizować zarówno elektronikę osobistą, jak i systemy interakcji z ciałem człowieka.