Полностью биоразлагаемый искусственный синапс со сверхнизким энергопотреблением обеспечивает рекордную память

В Природные коммуникации, исследовательская группа, связанная с UNIST подарок полностью биоразлагаемый, надежный и энергоэффективный искусственный синапс, который открывает большие перспективы для устойчивых нейроморфных технологий. Эта инновация, изготовленная полностью из экологически чистых материалов природного происхождения, таких как ракушки, бобы и растительные волокна, может помочь решить растущие проблемы электронных отходов и высокого энергопотребления.

Традиционные искусственные синапсы часто страдают от высокого энергопотребления и ограниченного срока службы. Команда под руководством профессора Хёнхюба Ко из Школы энергетики и химической инженерии стремилась решить эти проблемы, разработав устройство, которое имитирует синапсы мозга, но при этом является экологически чистым.

Как работает биоразлагаемый синапс

В результате получается слоистая структура из натуральных биоразлагаемых полимеров, которая может запоминать информацию в течение длительного времени и работать с очень низким энергопотреблением.

Устройство построено как крошечный сэндвич, с ионно-активными слоями, разделенными ионсвязывающим слоем, изготовленным из ацетата целлюлозы, полученного из стеблей растений, и другими слоями, полученными из скорлупы и бобов. При подаче электричества ионы натрия, аналогичные природным нейромедиаторам, высвобождаются внутри устройства.

Эти ионы связываются на границах раздела — процесс, называемый ионно-дипольной связью, который позволяет синапсу удерживать некоторые ионы даже после прекращения стимуляции. Такое сохранение позволяет устройству генерировать каскадные реакции, поддерживая различные формы синаптической пластичности, включая кратковременную и долговременную память.

В частности, это искусственный синапс может хранить свою память почти 6000 секунд (около 100 минут), что делает его самым долговечным биоразлагаемым синапсом, зарегистрированным на сегодняшний день.

Энергоэффективность и воздействие на окружающую среду

Он также использует чрезвычайно малое количество энергии — всего 0,85 фемтоджоуля на сигнал — намного меньше, чем обычно требуется синапсам естественного мозга, которые колеблются от 2,4 до 24 фемтоджоулей на событие.

Помимо своей производительности, устройство полностью биоразлагаемо. И ионно-активный, и ион-связывающий слои естественным образом разрушаются в почве в течение 16 дней, помогая уменьшить растущую проблему электронных отходов. Используемые материалы, такие как ацетат целлюлозы и хитозан из ракушек, безопасны для окружающей среды и могут разлагаться, не оставляя вредных остатков.

Потенциальные применения и перспективы на будущее

Команда также продемонстрировала практическое применение, которое представляет собой простой роботизированная система это имитирует рефлексы. Когда устройство обнаруживает тепло, движение ионов внутри него усиливает сигнал, заставляя руку робота отдергиваться от горячего объекта — точно так же, как это происходит у людей.

Это демонстрирует потенциал экологически чистых роботов, которые могут учиться и реагировать на раздражители, в конечном итоге исчезая, не нанося вреда окружающей среде.

Профессор Ко подчеркнул: «Наша работа устраняет некоторые из самых больших препятствий в технологии искусственных синапсов — сверхнизкое энергопотребление, стабильность, долговечность и биоразлагаемость — все одновременно. Это значительный шаг на пути к разработке экологически чистых нейроморфных устройств, которые могут безопасно взаимодействовать с нашей окружающей средой, а затем беспрепятственно исчезать».