MIT створив нанорозмірні полімерні пристрої, що імітують нейрони

Команда науковців MIT створила крихітні пристрої, здатні запам'ятовувати й обробляти інформацію за принципом, подібним до роботи нейронів головного мозку. Основою винаходу стали унікальні механічні властивості м'яких полімерів, які дозволяють об'єднати функції обчислення та зберігання даних в одному компактному елементі.

Натхненням для дослідників слугували живі організми — зокрема восьминоги, нервова система яких розподілена по щупальцях і здатна локально обробляти сенсорну інформацію без участі мозку. На відміну від наявних макро- та мікроплатформ, команда MIT зменшила пристрій до нанорозміру, де навіть найменші механічні зміни дають суттєві й корисні зміни властивостей матеріалу.

Конструктивно пристрій являє собою два металеві електроди, між якими розміщено найтоншу плівку з полідиметилсилоксану (ПДМС). Цей матеріал виконує роль «нанопружини», забезпечуючи контрольовану та зворотну наномеханічну перебудову і водночас запобігаючи злипанню поверхонь.

Завдяки в'язкопружним властивостям ПДМС після стиснення потребує часу для повернення до початкового стану. Це дозволяє пристрою динамічно фіксувати історію прикладених сил і перетворювати її на електричний відгук.

Під час експериментів науковці продемонстрували роботу штучного нейрона: у міру подачі напруги пристрій поступово стискає полімер, накопичуючи «стимул», а після досягнення порогового значення спрацьовує та повертається до вихідного стану. Поєднання пам'яті й обчислювальних можливостей в одному нанопристрої без складних зовнішніх схем забезпечує рекордну енергоефективність.

Потенційні сфери застосування технології охоплюють інтелектуальну та адаптивну електроніку наступного покоління, малопотужні периферійні обчислення, інтерактивні медичні системи моніторингу та інтелектуальних роботів. У майбутньому команда планує зосередитися на інтегрованих сенсорних технологіях, «розумних» протезах і медичних пластирах із низьким енергоспоживанням.

Для ринку напівпровідників і периферійних обчислень такий підхід означає можливість знизити енергоспоживання пристроїв без ускладнення архітектури. Якщо розробку вдасться масштабувати, вона може стати основою для нового класу компонентів, де пам'ять і логіка не розділені, а об'єднані в одному матеріалі — що особливо важливо для медичної електроніки та робототехніки, де важать і автономність, і мінімальні розміри.