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

Alkohol poškozuje DNA a působí rakovinu, buňky se mu brání, ukazuje český výzkum

Alkohol poškozuje lidskou DNA a způsobuje rakovinu, zjistila studie vědců z Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd ČR (ÚOCHB). Buňky se dle výzkumu poškození brání a DNA opravují, u některých lidí ale méně účinně. Článek o studii zveřejnil časopis Communications Biology ze skupiny Nature, uvedl ÚOCHB. V míře, která poškozuje zdraví, pije podle výzkumů alkohol 1,5 milionu Čechů.
před 14 hhodinami

Lidé si ochočili oheň o 350 tisíc let dříve, než se předpokládalo, hlásí vědci

Objev zažehnutí ohně měl prehistorického člověka vrhnout na dráhu směřující k modernímu lidstvu. Doposud se vědci domnívali, že se toto odehrálo relativně nedávno. Nový objev ale posouvá „zkrocení“ tohoto živlu o statisíce let dál do minulosti.
před 16 hhodinami

Ani slovo o změnách klimatu způsobených člověkem. Americká EPA vše smazala

Americká Agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) smazala zmínky o změně klimatu způsobené člověkem ze svého webu. V popisu změny klimatu se nyní soustředí pouze na přírodní procesy přispívající k tomuto jevu, jako jsou sopečná aktivita a změny ve sluneční aktivitě, píše deník The Washington Post (WP).
před 18 hhodinami

Tetování poškozuje imunitu a může snižovat účinnost vakcín, zjistila studie

Průlomová mezinárodní studie, na níž se podíleli i vědci z Biologického centra Akademie věd ČR, ukazuje, že běžně používané tetovací pigmenty mají vliv na imunitu, vyvolávají zánět a mohou snižovat účinnost některých vakcín. Hned po aplikaci se barviva rychle šíří lymfatickým systémem a hromadí se v mízních uzlinách, kde přetrvávají celé roky. Výzkum zkoumal toxicitu tří nejpoužívanějších barev – černé, červené a zelené – a odhalil, že pigmenty nejen zůstávají v kůži, ale také se trvale ukládají v imunitních buňkách.
před 19 hhodinami

Francouzská studie na 30 milionech dospělých ukázala, jak bezpečné jsou vakcíny proti covidu

Francouzští vědci prozkoumali data o dospělých lidech, kteří v této zemi byli očkováni proti covidu. Srovnali jejich zdravotní stav s těmi, kdo vakcínu nedostali. Studie, která z tohoto výzkumu vzešla, ukázala dopady očkování a vyvrátila podezření na vážné vedlejší účinky.
10. 12. 2025

Dárce spermatu s genem způsobujícím rakovinu zplodil dvě stě dětí. Většině hrozí nádory

Dánská spermabanka, která dodává spermie pro umělé oplodnění po většině kontinentu, využívala celé roky jako dárce muže se vzácnou genetickou poruchou. Dvěma stovkám dětí, které díky jeho genetickému materiálu přišly na svět, tak hrozí rakovina. Některé už na nemoc zemřely, popsali výsledky rozsáhlé investigace novináři.
10. 12. 2025

Vědci popsali v srdci Prahy pro Česko nové druhy lišejníků a hub

Mohlo by se zdát, že hustě osídlená území velkoměst jsou spíše pouštěmi než oázami. Ale výzkumy ukazují, že to tak není: metropole totiž vytvářejí zcela nové ekosystémy, které mohou nabízet příležitosti spoustě druhů. A podle nového výzkumu se to týká i Prahy.
10. 12. 2025

Archeologové objevili vrak egyptské bárky luxusu, tance a nevázanosti

Archeologové našli u břehů egyptského města Alexandrie vrak luxusní rekreační bárky z antických dob, napsala agentura AFP s odvoláním na Evropský institut podmořské archeologie (IEASM). Stáří plavidla se odhaduje na dva tisíce let a potápěči ho objevili na dně moře u královského ostrova Antirhodos, kde se nacházel palác dynastie Ptolemaiovců a chrám zasvěcený egyptské bohyni Isis.
10. 12. 2025
Načítání...