Исследователи из Университета Колорадо и группы австралийских университетов продемонстрировали сверхтонкий чип из черного фосфора, способный имитировать работу нейронов головного мозга в процессе сохранения и уничтожения информации.

По заявлению разработчиков, появление чипа знаменует прорыв в области нейроморфных вычислений — средств, моделирующих деятельность нервной системы человека с помощью электронных схем.

Формирование воспоминаний начинается с того, что микроскопические всплески электрической энергии достигают порогового напряжения, связывающего группу нейронов. Активные связи укрепляются, а неиспользуемые со временем ослабевают и могут полностью исчезнуть.

Внутри чипа, разработанного исследователями, с помощью света генерируется фотоэлектронный ток. При смене цветов он меняет полярность с положительной на отрицательную.

Такое изменение аналогично созданию и разрыву нейронных связей — механизму, который заставляет нейрон соединиться с другими и тем самым выполнить обучение или разорвать связь и вызвать забывание.

Работа ученых ведется на стыке с оптогенетикой, новой областью биотехнологий. В оптогенетике свет используют для управления клетками живых тканей, обычно нейронами, подвергнутыми генной инженерии, чтобы обеспечить реакцию на свет. Это позволяет вмешиваться в электрическую систему организма и использовать свет для выполнения высокоточных манипуляций с нейронами, то есть их включения и отключения.

Чип, созданный с использованием методов, позаимствованных у оптогенетики, имитирует фундаментальные биофизические процессы самого совершенного в природе компьютера — мозга человека, уверяют исследователи. Воспроизведение биологических синапсов в аппаратной платформе — важный шаг к реализации электроники, моделирующей работу головного мозга. Возможности сохранения, уничтожения и обработки информации являются основополагающими для компьютера, а мозг способен выполнять эти операции в высшей степени эффективно. Особенность данной разработки — попытка имитировать принцип работы мозга, просто освещая чип лучами света разного цвета.

По словам исследователей, они воспользовались присущими черному фосфору дефектами структуры. Обычно подобные дефекты создают в оптоэлектронике проблемы, а исследователи, прибегнув к методам прецизионной инженерии, смогли задействовать их для реализации новых возможностей.

«Обычно дефектов стараются избегать, а мы их используем, чтобы создать нечто новое и полезное, — утверждают авторы доклада 'Многофункциональная оптоэлектроника с использованием дефектов в многослойном черном фосфоре'. — Мы применили творческий подход к поиску решений для стоящих перед нами технических задач. Разработанную нами технологию можно было бы применять в маломощных носимых электронных устройств, а кроме того, она является серьезным шагом к быстрым, эффективным и безопасным вычислениям с помощью света».