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

Projekt Akademie věd má zajistit peníze výzkumu a vynálezy veřejnosti

Nově vznikající dceřiná akciová společnost Akademie věd ČR (AV ČR) má za cíl propojit výzkum s investory. Společnost je plně v rukou ústavů AV ČR, oznámil předseda Akademie Radomír Pánek. Základem bude inkubační program, který propojí vědecké týmy se strategickými partnery. Program je zaměřen na komplexní přípravu vzniku nových start-upů.
před 50 mminutami

Roje AI mohou rozvrátit demokracie, varují výzkumníci

Schopnosti umělých inteligencí (AI) mohou být rizikem mnoha různými způsoby. Na novou hrozbu pro samotnou podstatu demokracie teď upozornila skupina německých vědců. Roje AI agentů by mohly zaplavit komunikační platformy a cíleně měnit náladu v zasažených zemích, tvrdí výzkumníci v rozhovoru pro ČT24.
před 2 hhodinami

Čínské AI modely vykradly ty americké, zlobí se firma

Umělé inteligence (AI) vznikly mnohdy na základě toho, že jejich provozovatelé je trénovali na nelegálně získaných datech. Tato praktika funguje dál a cílí na samotné modely AI. Vývojáři společnosti Anthropic tento týden upozornili, že tři čínské společnosti zabývající se umělou inteligencí „nelegálně získaly“ schopnosti modelu Claude. Ten je považovaný za jednu z nejvyspělejších AI současnosti.
před 5 hhodinami

Přichází jaro v zimě. Teploty se mohou přiblížit osmnácti stupňům

Po týdnech, kdy člověk na obloze nezahlédl Slunce a z nebe padal sníh nebo déšť, se počasí nad Evropou v posledním únorovém týdnu dramaticky mění. Velká část kontinentu už zažívá nebo zažije teplotně výrazně nadprůměrné dny a také velkou oblačnost v mnoha oblastech vystřídá slunečnější ráz počasí. V některých oblastech teplota letos poprvé dokonce dosáhne nebo přesáhne hranici dvaceti stupňů. Závěr klimatologické zimy tak přinese poměrně výraznou ochutnávku pravého jara.
před 7 hhodinami

Vědci se domnívají, že našli prastarého předchůdce písma

První písmo podle učebnic dějepisu vzniklo na Blízkém východě, někdy kolem roku 3400 před naším letopočtem. Němečtí vědci ze Saarlandské univerzity teď ale tvrdí, že našli důkazy o tom, že historie písma je mnohem, mnohem starší. Možná dokonce o desítky tisíc let.
včera v 14:25

USA se na Trumpův pokyn vrací ke glyfosátu. Ministr Kennedy otočil

Prezident Donald Trump minulý týden vydal exekutivní příkaz, kterým se rozhodl podpořit domácí produkci fosforu a herbicidu glyfosátu. Chemikálii řada organizací viní z negativních dopadů na lidské zdraví, i kvůli možnému riziku rakoviny. Aktivně proti ní v minulosti vystupoval i současný ministr zdravotnictví Robert F. Kennedy mladší. Ve vládním angažmá otočil s tím, že na glyfosátu je závislé americké zemědělství.
včera v 12:24

Bouba a kiki fungují i u kuřat. Vědci boří jeden z pilířů jazykovědy

Nový výzkum italských psychologů zjistil, že jedno z univerzálních pravidel v lidském jazyce zřejmě nemá nic společného s řečí. Funguje totiž také u kuřat, která od lidí dělí tři sta milionů let evoluce.
včera v 10:55

Před 70 lety padla Stalinova modla. Pomohl k tomu ze záhrobí i Lenin

Takzvaná „Fronta na maso“ – monumentální Stalinův pomník na pražské Letné – stál na místě necelý rok, když se nad jeho existencí už začaly stahovat mraky. Před 70 lety totiž začal XX. sjezd Komunistické strany Sovětského svazu. Tehdejší první tajemník Nikita Chruščov na něm poprvé veřejně odsoudil Stalinovy zločiny a vytváření jeho kultu osobnosti. Projev byl tajný, brzo se ale dostal do světa. A Stalinova sláva začala uvadat. Příslib společenského uvolnění ale Sověti následně rázně utnuli.
včera v 07:00
Načítání...