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

Kvůli vzácným motýlům chtějí ochranáři vykoupit lokalitu v Českém středohoří

Ochránci přírody chtějí vykoupit více než tři hektary pozemků v Českém středohoří. Jde o lokalitu nad obcí Chouč nedaleko Bíliny. Důvodem je ochrana vzácných druhů denních i nočních motýlů a rostlin, které jsou na zdejší prostředí vázané. Podle ochránců je území cenné především tím, že zde přežívají druhy motýlů, které z jiných částí Čech a Moravy postupně mizí.
před 1 hhodinou

Novými drony dokáže Ukrajina útočit hluboko za frontou

Ukrajině se podařilo v posledním půlroce nasadit na frontě nové drony, jejichž schopnosti překvapit ruskou obranu zásadně vzrostly. Létají tak daleko a přesně, jako to dříve uměly jen drahé řízené střely. Drony se staly klíčovou součástí konfliktu, který před více než čtyřmi roky vyvolalo svou plnohodnotnou invazí Rusko.
před 17 hhodinami

Tak intenzivní otřesy nezasáhly oblast Venezuely sto let

Otřesy, které postihly Venezuelu, jsou podle seismologů silnější, než je v této oblasti obvyklé. Doposud není zcela jasné, proč přesáhly magnitudo 7. Možná šlo o část nějakého doposud neznámého cyklu.
před 19 hhodinami

Nové plasty by mohly vznikat z oxidu uhličitého. Pracuje na tom česko-francouzský tým

Proměnit problém na řešení je cílem rozsáhlé česko-francouzské spolupráce, která chce změnit nadbytek oxidu uhličitého na umělé hmoty. Jeho molekuly by měly nahradit při vzniku polymerů dnes používanou ropu.
před 21 hhodinami

VideoHůře rozpoznáváme emoce, snadněji vybuchneme, popisuje psycholog dopady vedra

„Množství krve, které má mozek k dispozici pro svoje fungování, je nižší, což se projevuje na sníženém kognitivním výkonu,“ popsal ve Studiu 6 Filip Děchtěrenko z Psychologického ústavu AV ČR dopady horka na lidský organismus. Kvůli tomu je podle něj práce ve vysokých teplotách méně produktivní. Doplňuje, že lidem klesá hladina serotoninu a dopaminu, které jsou zodpovědné za dobrou náladu, a také hůře rozpoznávají emoce. „Neutrální výraz interpretujeme jako známku agrese,“ vysvětluje. Navíc podle něj „snadněji vybuchneme, snadněji jsme konfliktní“. Doporučuje pokud možno nechat jakoukoli mentální práci na chladnější části dne a nezanedbávat hydrataci. S moderátorkou Izabelou Šroubkovou probral i nepříznivé dopady spaní v horku a doporučení, jak spánek v teplé části roku vylepšit.
před 22 hhodinami

Za současnou vlnou veder stojí omega blokování, roli může hrát i hrouda chladné vody v Atlantiku

Takovou vlnu veder, jaká panuje tento týden, ještě Evropa v dějinách měření nezažila. Proč tak intenzivní a dlouhotrvající horko přišlo, má více příčin.
před 22 hhodinami

Bez kobaltu, ale s 3D katodami. Vědci hledají bezpečnější baterie

Moderní svět by nemohl fungovat bez baterií, které dokáží akumulovat energii. Jenže také občas chytnou, vyrábí se z prvků, které těží v nelidských podmínkách malé děti, a navíc jsou zdroje na ně velmi drahé. Všechny tyto problémy by mohla vyřešit nová technologie.
včera v 09:22

Vědci popsali působivý řád obřích muších spermií

Spermie octomilek jsou obří, ty největší mohou mít až šest centimetrů. Kdyby měly v poměru k velikosti těla tak dlouhé spermie lidé, měřily by o deset metrů víc než plejtvák obrovský. A navíc, podle nové studie, se chovají pozoruhodně koordinovaně – na to, že pro takové chování nemají žádné smysly.
24. 6. 2026
Načítání...