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一天只需要“吃”两根香蕉的电子系统:用于未来电子记忆的人造离子神经元

前瞻网    2021-08-11 09:18

 

一天只需要“吃”两根香蕉的电子系统:用于未来电子记忆的人造离子神经元

一台普通的家用电脑功率大概在200至300瓦之间,取中间值250瓦来计算的话,一台家用电脑一天运行24小时将消耗6度电。而人脑的能量消耗相当于每天两根香蕉。一根香蕉能提供81大卡。根据1千瓦时约等于860大卡来换算,一台电脑运行一天所需的能量,是人脑运行一天的31.85倍。

人脑是如何做到在耗能如此低的情况下,完成我们日常工作生活的种种复杂任务呢?秘密藏在人脑的基本单元——神经元里。

神经元有一个带有纳米孔的膜,称为离子通道,会根据接收到的刺激打开和关闭。由此产生的离子流会产生电流,负责发射动作电位,这是允许神经元相互交流的信号。

科学界一直试图设计出与人脑一样节能的电子系统,例如,通过使用离子而不是电子来携带信息。为此,纳米流体学(研究流体在小于 100 纳米宽的通道中的行为方式)提供了许多观点。在一项新研究中,来自 ENS 物理实验室(CNRS/ENS-PSL/索邦大学/巴黎大学)的一个团队展示了如何构建由含有单层水分子的极薄石墨烯狭缝形成的人工神经元原型。

科学家们已经证明,在电场的作用下,这层水的离子会聚集成细长的簇,并产生一种称为忆阻器效应的特性:这些簇会保留了过去接收到的一些刺激。为了重复与大脑的比较,石墨烯狭缝再现了离子通道、簇和离子流。并且,使用理论和数字工具,科学家们已经展示了如何组装这些集群以重现动作电位发射的物理机制,从而重现信息的传输。

这项理论工作在法国团队内部继续进行实验,并与英国曼彻斯特大学的科学家合作。现在的目标是通过实验证明,这种系统可以实现简单的学习算法,作为未来电子记忆的基础。

前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 4126TJ

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