Washingtonská univerzita vyvinula čipy vyrobené z medu. Napodobují strukturu lidského mozku

Med by se mohl stát řešením pro vývoj ekologicky šetrných komponent pro nové počítače navržené tak, aby napodobovaly přirozené neurony a synapse v lidském mozku. První prototypy přesně tohle dokázaly, ukazuje americká studie.

Takzvané neuromorfní systémy bývají často označované za budoucnost počítačů. Jedná se o počítače, jejichž jádra jsou založena na napodobování přirozené architektury lidského mozku a schopna využívat všech výhod, které evoluce investovala za miliardy let do vývoje tohoto nástroje.

Jejich hlavní výhodou by měla být  hlavně jejich rychlost a nižší spotřeba energie než tradičních počítačů. Inženýři z Washingtonské státní univerzity (WSU) teď představili jeden z nadějných způsobů, jak z nich udělat ještě organičtější zařízení. Ve studii publikované v časopise Journal of Physics D vědci ukázali, jak lze použít med k výrobě „memristoru“, tedy součástky podobné tranzistoru, která dokáže nejen zpracovávat, ale také ukládat data do paměti.

„Jedná se o velmi malé zařízení s jednoduchou strukturou, které má ale velmi podobné funkce jako lidský neuron,“ uvedl jeden z autorů studie Feng Zhao. „To znamená, že pokud se nám podaří integrovat miliony nebo miliardy těchto medových memristorů dohromady, pak z nich lze vytvořit systém, který bude fungovat podobně jako lidský mozek.“

Pro účely studie vytvořili Zhao a jeho spoluautor Brandon Sueoka memristory tak, že nejprve zpracovali med do pevné formy a pak ho vložili mezi dvě kovové elektrody. Tím vytvořili strukturu podobnou lidské synapsi. Pak testovali schopnost těchto medových memristorů napodobovat činnost synapsí.

Memristory dokázaly napodobovat funkce synapsí známé jako plasticita, což jsou procesy zodpovědné za učení v lidském mozku a uchovávání nových informací v neuronech.

Inženýři z WSU vytvořili zatím medové memristory v mikroskopickém měřítku, takže jsou tenké asi jako lidský vlas. Výzkumný tým pod vedením Zhaoa teď plánuje jejich vývoj v nanorozměrech, tedy asi o rozměru jedné tisíciny lidského vlasu. Pak by se totiž daly spojit dohromady v počtu mnoha milionů, nebo dokonce miliard. Výsledkem by byl plnohodnotný neuromorfní výpočetní systém.

Železo proti medu

V současné době jsou běžné počítačové systémy založeny na takzvané von Neumannově architektuře. Objevuje se ve stolních PC, mobilních telefonech, ale třeba i v konzolách. Zahrnuje vstup, obvykle z klávesnice a myši, a výstup, například monitor. Má také procesor, neboli centrální procesorovou jednotku, a paměť RAM, neboli paměťové úložiště.

Přenos dat všemi těmito mechanismy od vstupu přes zpracování a paměť až po výstup vyžaduje hodně energie, přinejmenším ve srovnání s lidským mozkem, popisuje Zhao. Například superpočítač Fugaku spotřebuje na svůj provoz až 28 megawattů elektřiny, lidský mozek má „spotřebu“ jen asi 10 až 20 wattů.

Lidský mozek má více než 100 miliard neuronů, mezi nimiž je více než tisíc bilionů spojení, tedy synapsí. Každý neuron přitom dokáže zpracovávat i ukládat data, díky čemuž je mozek mnohem efektivnější než tradiční počítač. A právě proto se vývojáři neuromorfních výpočetních systémů snaží tuto strukturu napodobit.

Několik společností, včetně takových lídrů trhu, jako jsou Intel a IBM, uvedlo už na trh neuromorfní čipy, které mají ekvivalent více než 100 milionů „neuronů“ na čip, ale to se zatím ani zdaleka neblíží počtu v mozku. Mnoho vývojářů také stále používá stejné neobnovitelné a toxické materiály, které se v současnosti používají v běžných počítačových čipech.

Mnoho výzkumníků, včetně Zhaova týmu, hledá biologicky odbouratelná a obnovitelná řešení pro použití v tomto slibném novém typu výpočetní techniky. Zhao vede také výzkumy zaměřené na využití proteinů a jiných cukrů, které se nacházejí například v některých listech, ale velký potenciál vidí také v medu.

„Med se nekazí,“ vysvětluje vědec. „Díky jeho vlastnostem v něm bakterie nemohou přežívat. A to znamená, že tyto počítačové čipy budou velmi stabilní a spolehlivé po velmi dlouhou dobu.“

Medové čipy jsou sice více zranitelné teplem než ty klasické, ale neuromorfní systémy ho zase nevyvíjejí tolik jako tradiční počítače. Zásadní výhodou je pak fakt, že medové memristory výrazně snižují množství elektronického odpadu.

„Když budeme chtít zlikvidovat zařízení využívající počítačové čipy vyrobené z medu, můžeme je prostě rozpustit ve vodě,“ dodává Zhaou. „Díky těmto zvláštním vlastnostem je med velmi užitečný pro vytváření obnovitelných a biologicky odbouratelných neuromorfních systémů.“

Vědec ale přiznává medovým procesorům i jednu nevýhodu: podobně jako u těch dnešních by si na ně člověk neměl vylít kávu.

Výběr redakce

Aktuálně z rubriky Věda

Mise Artemis překonala rekordní vzdálenost lidí od Země

Posádka mise Artemis II zlomila dosavadní rekord v největší dosažené vzdálenosti lidí od Země. Potvrdil to americký Národní úřad pro letectví a vesmír (NASA). Čtyři astronauti v kosmické lodi Orion v pondělí překonali hranici 400 171 kilometrů od Země, kam se dostala posádka mise Apollo 13 v roce 1970.
20:29Aktualizovánopřed 1 hhodinou

VideoŽák, noty a umělá inteligence. Hru na hudební nástroje už učí i AI

Zapojení umělé inteligence do výuky hry na hudební nástroj je tu. Ve světové konkurenci se uchytila i tuzemská aplikace. Lekce dává od loňska. Nejvíc uživatelů má ve Spojených státech, hned poté v Česku. Aplikace vychází z populárního formátu videohry Guitar Hero, kde tóny padají jakoby seshora a naznačují tak prstoklad v reálném čase.
včera v 08:00

VideoOdborníci monitorují pohyb vlků na Broumovsku pomocí GPS

V oblasti Broumovska se v současnosti pohybují dva vlci s telemetrickými obojky. Ochránci přírody tak chtějí sledovat jejich trasy i to, jak blízko se přibližují k lidským obydlím. Nedávno se šelmy dostaly i do těsné blízkosti člověka. Odborníci teď pomocí GPS monitorují jejich pohyb. A vzkazují lidem, aby z vlků neměli strach, protože od jejich návratu do tuzemské přírody jejich vyloženě agresivní chování zaznamenáno nebylo. Už v lednu také na Broumovsku dobrovolníci vlky sčítali – ukázalo se, že na širším území zahrnujícím i Polsko žijí tři smečky a kolem 25 jedinců.
4. 4. 2026

Archeologové v Kodani objevili vrak lodi. Před 225 lety ji potopili Britové

Mořští archeologové objevili na dně kodaňského přístavu dánskou válečnou loď Dannebroge, kterou před 225 lety potopila britská flotila v čele s viceadmirálem Horatiem Nelsonem. Našli tam dvě děla, uniformy, odznaky, boty, lahve a dokonce i část dolní čelisti námořníka, možná jednoho z devatenácti pohřešovaných členů posádky, kteří tehdy nejspíše přišli o život, napsala agentura AP.
3. 4. 2026

Na Velikonoce přichází jaro. V minulosti byly tropické i mrazivé

Velikonoce jsou díky dvěma svátkům a jednomu dni velikonočních prázdnin obdobím, kdy většina Čechů velmi ostře sleduje počasí. Často se sice nazývají „svátky jara“, ale nejen vzhledem ke svému pohyblivému kalendářnímu ukotvení můžou nabídnout velmi pestré podoby počasí. V letošním roce se zřejmě označení svátků jara naplní, počasí totiž bude opravdu jarní.
3. 4. 2026

Orion se čtyřmi astronauty míří k Měsíci

Raketa Space Launch System s lodí Orion odstartovala ve čtvrtek v 0:35 středoevropského času na misi Artemis II, jejímž cílem je průlet lodi s posádkou kolem Měsíce, což lidstvo učiní poprvé od roku 1972. Raketa vzletěla z Kennedyho vesmírného střediska na Floridě a vynesla loď se čtyřmi astronauty na oběžnou dráhu, kde se Orion oddělil a pokračuje k Měsíci, který obletí ve vzdálenosti 7400 kilometrů. Na Zemi se vrátí po téměř deseti dnech v kosmu.
2. 4. 2026

Artemis II odstartovala na cestu k obletu Měsíce

Několik let připravovaná mise Artemis II půl hodiny po půlnoci odstartovala, cílem je průlet lodi s posádkou kolem Měsíce, což lidstvo učiní poprvé od roku 1972. Hlavním plánem programu Artemis je pak návrat astronautů na Měsíc, což je nyní plánováno na rok 2028.
1. 4. 2026Aktualizováno2. 4. 2026

Návrat Evropy k jádru může být trnitý a nahrát Rusku

Ruská invaze na Ukrajinu a v současnosti i blízkovýchodní válka oživily v Evropě kvůli prudkému zdražování energií zájem o jádro. Evropská komise chce podpořit investice a budování malých modulárních reaktorů. Jde ale o běh na dlouhou trať. Po cestě navíc hrozí posílení závislosti na ruských zdrojích i protesty veřejnosti. Kvůli zablokovanému Hormuzskému průlivu mění energetickou strategii také některé asijské země.
2. 4. 2026Aktualizováno2. 4. 2026
Načítání...