Realizzano un computer biologico con una miscela di acqua e sale

Un team di fisici teorici dell’Università di Utrecht, insieme a fisici sperimentali dell’Università di Sogang in Corea del Sud, ha dimostrato che è possibile costruire un sistema simile al cervello umano, rappresentando un importante passo avanti nella scienza. Informatica neurale. Questa sinapsi artificiale funziona con acqua e sale e fornisce la prima prova che un sistema che utilizza lo stesso mezzo del nostro cervello è in grado di elaborare informazioni complesse.

Realizzano un computer biologico con una miscela di acqua e saleA metà viaggio / Sarah Romero

Imitare la mente umana?

Il nostro cervello è una macchina complessa Funziona in modo molto efficiente Per imitare le straordinarie capacità del nostro cervello umano, gli scienziati stanno cercando di sviluppare nuovi computer al fine di migliorare l’efficienza energetica dei computer esistenti, poiché il nostro cervello Hanno solo bisogno di acqua e di molecole di sale disciolte chiamate ioni. Le sinapsi del cervello, le connessioni tra i neuroni in cui le informazioni trasmesse vengono trasmesse ed elaborate, lo fanno utilizzando ioni, atomi o molecole caricati elettricamente disciolti nell’acqua.

I computer non sono costruiti come il cervello; Bisogno hardwareMa possono? Riesci a immaginare un computer tradizionale che funzioni solo con acqua e sale? Questa intrigante possibilità è al centro del fiorente campo del neural computing.

Meristore ionico

Il nuovo studio pubblicato sulla rivista Atti dell’Accademia Nazionale delle Scienze Lo dimostra anche questo È possibile Generando una sinapsi artificiale utilizzando solo acqua e sali.

Tim Kamsma, ricercatore laureato presso l’Università di Utrecht e autore principale, ha spiegato: “Sebbene esistano già sinapsi artificiali in grado di elaborare informazioni complesse basate su materiali solidi, ora dimostriamo per la prima volta che questa impresa può essere ottenuta anche utilizzando acqua e sale”. .” dal lavoro. . ““Stiamo effettivamente replicando il comportamento neurale utilizzando un sistema che utilizza lo stesso mezzo del cervello”.

Una rappresentazione artistica di una sinapsi artificialeUniversità di Utrecht

Computer ionico?

La scienza riflette da tempo su come costruire un sistema artificiale che rispecchi le funzioni del cervello umano. Il dispositivo è chiamato memristor ionico“Ricorda” la quantità di carica elettrica Lo ha attraversato in precedenza, avvicinandoci alla generazione di sistemi artificiali capaci di imitare i “superpoteri” del cervello umano. È una piccola clip che misura 150 cm 200 µm (Per confronto, una ciocca di capelli umani ha un diametro di 100 micrometri.)

Come funziona? Il dispositivo è costituito da un piccolo canale a forma di cono riempito con una soluzione salina e, dopo aver ricevuto impulsi elettrici, gli ioni all’interno del liquido migrano attraverso il canale, provocando cambiamenti nella concentrazione degli ioni. A seconda dell’intensità (o della durata) dell’impulso, viene regolata la conduttanza del canale, che riflette il rafforzamento o l’indebolimento delle connessioni tra i neuroni. Il cambiamento nel modo in cui la sinapsi conduce l’elettricità può essere misurato e decodificato per capire quale sia il segnale in ingresso, che rappresenta un tipo di memoria.

Dal 1980 gli scienziati hanno cercato di combinare i processi biologici del cervello con l’attuale concetto di computer.A metà viaggio / Sarah Romero

“Ciò suggerisce che i canali possono essere adattati per conservare ed elaborare le informazioni per durate diverse, simili ai meccanismi sinaptici osservati nel nostro cervello”, spiega Kamsma.

Siamo nelle fasi iniziali di questo dispositivo L’elettronica ionica come scienza è generalmente un lavoro in corso. Questo chiaramente non è un computer che si comporta come un computer, ma dimostra che potrebbe essere possibile realizzare un dispositivo simile a un computer che non solo abbia sinapsi, ma abbia anche sinapsi che si comportano come i nostri nervi. Dopotutto, anche i neuroni del cervello umano emettono segnali elettrici.

“Rappresenta a Progresso decisivo Verso computer capaci non solo di imitare gli schemi comunicativi del cervello umano, ma anche di utilizzare lo stesso mezzo. “Ciò potrebbe in definitiva aprire la strada a sistemi informatici che riproducono più fedelmente le straordinarie capacità del cervello umano”, conclude l’esperto.

Cervello su un chipA metà viaggio / Sarah Romero

Il cervello umano lo è Un esempio della complessità e della raffinatezza del mondo naturale. Non solo coordina le funzioni fondamentali della vita, ma ci consente anche di interpretare e interagire con il mondo che ci circonda. Comprendere come funziona il cervello è come svelare un mistero profondo pieno di processi complessi e interazioni dinamiche. Il nostro apparato pensante è un organo Magnifica architettura, suddiviso in più parti, ciascuna delle quali ha funzioni specifiche. La parte più grande, il cervello, è divisa in due metà ed è responsabile dell’integrazione delle informazioni sensoriali e del coordinamento dei movimenti volontari. È la sede del pensiero, delle emozioni, dell’apprendimento e della memoria. Il cervelletto, situato sotto il cervello, mantiene l’equilibrio e coordina i movimenti complessi. Il tronco cerebrale, che collega il cervello al midollo spinale, controlla le funzioni di sopravvivenza di base, come la respirazione, la frequenza cardiaca e la pressione sanguigna. Lui è Una meraviglia della natura.

Micrografia della sinapsi artificiale.Università di Utrecht

Riferimenti:

  • “Calcolo ispirato al cervello utilizzando nanocanali ionici liquidi” di Tim M. Kamsma, Jaehyun Kim, Kyungjun Kim, Willem K. Boon, Christian Spitone, Jungyeol Park e Rene van Rooij, 24 aprile 2024, Atti dell’Accademia nazionale delle scienze . doi: 10.1073/pnas.2320242121
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