25 May 2022
Учёные из МФТИ и МГУ им. М. В. Ломоносова предложили перспективный вариант использования нанопроводов из золота для реализации сверхпроводниковых аналогов нейронов. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда. Статья по результатам исследований опубликована в журнале Nanomaterials.
Моделирование нейрофизиологических процессов в мозге живых существ — задача актуальная и очень сложная. Одна из основных проблем в этой области — недостаточное число нейронов и синапсов в современных нейроморфных процессорах, построенных на основе CMOS. К сожалению, увеличение этого числа в такого рода системах сопряжено с чувствительным ростом энергопотребления и тепловыделения.
Василий Столяров, директор Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ, комментируя сложившуюся ситуацию, сказал:
«Лучшие на сегодня нейроморфные системы имитируют сети, состоящие примерно из одного миллиона нейронов и четверти миллиарда синапсов. Однако самые амбициозные биологические проекты ставят цели достичь 10 миллиардов нейронов и 100 триллионов синапсов. Стремление к такой высокой сложности требует решений на основе новых физических принципов передачи и обработки сигналов. Мы исследовали двух- и трёхпереходные сверхпроводящие квантовые интерферометры с джозефсоновскими контактами на основе золотых нанопроволок».
Сверхпроводящие материалы уже применяются в разработке искусственных нейронов. Переключение джозефсоновского перехода (контакта сверхпроводников через прослойку диэлектрика) обеспечивает генерацию квантованного всплеска напряжения. Форма этого всплеска может быть близка к той, которая возникает в нейрофизиологических процессах. При этом искусственный нейрон можно реализовать с помощью всего двух джозефсоновских контактов. Это на порядок меньше, чем число транзисторов в аналогичных по задачам CMOS-системах. Авторы нового исследования обращают особое внимание на то, что джозефсоновские переходы могут быть реализованы в любом слое многослойной сверхпроводящей схемы, что, в принципе, позволяет реализовать сложные и энергоэффективные трёхмерные сети, организационно имитирующие биологическую нервную ткань.
Учёные из Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ совместно с коллегами разработали джозефсоновские структуры на основе золотых проводов толщиной 60 нм для реализации сверхпроводящих биоинспирированных искусственных нейронов. Дополнительно разработана схема сверхпроводящего искусственного нейрона, позволяющая работать в режимах, соответствующих важным типам биологической активности, отсутствующим в ранее предложенных устройствах, включая режимы, моделирующие поведение биологических систем при нервных заболеваниях или под действием медикаментов.
Как пояснил Николай Клёнов, доцент МГУ им. М. В. Ломоносова:
«Предлагаемый нейрон способен имитировать биологическую активность, соответствующую типичной реакции нейрона на обычную внешнюю стимуляцию, а также на допороговое раздражение. Кроме того, он имитирует режим травмы — биофизическую аномалию, вызванную различными нервными заболеваниями и повреждениями нейронов, — и взрывной режим».
Проведённые эксперименты показали, что получившаяся система способная работать с частотой, превышающей частоту биологических систем сравнимой сложности, и потреблять при этом чрезвычайно небольшое количество энергии.
Источник: a href="https://22century.ru/chemistry-physics-matter/107642"> XX2 век
19 декабря 2023 года Международный институт развития научного сотрудничества «МИ ...
14 и 15 ноября в отеле «Националь» в Москве проходит III Международный форум «СМ ...
30 октября 2023 Центр научно-аналитической информации Института востоковедения Р ...
С 18 по 20 октября в Казани пройдет шестой международный «Медиафорум-2023: свобо ...
10-11 октября в Белграде прошла IX Международная встреча интеллектуалов на тему ...
Президент Международного Института Развития Научного Сотрудничества
Российский политолог, историк, публицист.
Доктор политических наук, профессор МГИМО
Генеральный директор Международного Института Развития Научного Сотрудничества
Научный руководитель Международного Института Развития Научного Сотрудничества
Доктор исторических наук.
Профессор
Председатель Попечительского совета Международного Института Развития Научного Сотрудничества
Доктор исторических наук, профессор, член-корреспондент РАН. Директор Института востоковедения РАН. Член научного совета Российского совета по международным делам.
Заместитель Председателя Попечительского совета Международного Института Развития Научного Сотрудничества
Доктор исторических наук.
Профессор кафедры стран постсоветского зарубежья РГГУ, профессор факультета глобальных процессов МГУ им. М.В. Ломоносова.