Срочные новости раздела
Физики сделали сверхпроводниковый нейрон на основе золотых нанопроводов

Физики сделали сверхпроводниковый нейрон на основе золотых нанопроводов

Учеными МФТИ и МГУ им. М.В. Ломоносова найден перспективный вариант использования нанопроводов из золота для реализации сверхпроводниковых аналогов нейронов. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.

Биологический нейрон и его искусственный аналог из сверхпроводящего материала© Olga V. Skryabina et al./Nanomaterials, 2022

Моделирование нейрофизиологических процессов в мозгу живых существ — задача актуальная и очень сложная. Одной из основных проблем в этой области является недостаточное количество нейронов и синапсов в современных нейроморфных процессорах Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor (CMOS), поскольку увеличение ведет к большому энергопотреблению и тепловыделению в таких системах.

Василий Столяров, директор Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ, комментирует: «Лучшие на сегодня нейроморфные системы имитируют сети, состоящие примерно из одного миллиона нейронов и четверти миллиарда синапсов. Однако самые амбициозные биологические проекты ставят цели достичь 10 миллиардов нейронов и 100 триллионов синапсов. Стремление к такой высокой сложности требует решений на основе новых физических принципов передачи и обработки сигналов. Мы исследовали двух- и трехпереходные сверхпроводящие квантовые интерферометры с джозефсоновскими контактами на основе золотых нанопроволок».

Применение сверхпроводящих материалов уже используют при разработке искусственных нейронов. Переключение джозефсоновского перехода (контакта сверхпроводников через прослойку диэлектрика) обеспечивает генерацию квантованного всплеска напряжения. Форма этого всплеска может быть близка к той, которая возникает в нейрофизиологических процессах. При этом искусственный нейрон можно реализовать с помощью всего двух джозефсоновских контактов. Это на порядок меньше, чем в технологии, реализуемой с помощью транзисторов в нейроморфных процессорах CMOS.

Ученые из Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ с коллегами разработали джозефсоновские структуры на основе нанопроводов для реализации сверхпроводящих биоинспирированных нейронов. Дополнительно была разработана схема сверхпроводящего искусственного нейрона, позволяющая работать в режимах, соответствующих важной биологической активности, отсутствующей в ранее предложенных устройствах. Проведенные эксперименты показали, что нанопровода из золота могут использоваться как слабая связь для наноразмерных джозефсоновских контактов. Сверхпроводящий контур с двумя такими контактами может работать как «биоподобный» нейрон в быстродействующих и энергоэффективных комплексах моделирования нейрофизиологической активности. Замена одного из джозефсоновских контактов на двухконтактный интерферометр позволила добиться для биоподобного нейрона специальных режимов работы, моделирующих поведение биологической системы в случае заболеваний или под действием медикаментов.

Игорь Соловьев, научный сотрудник МГУ им. М.В. Ломоносова, рассказывает: «И эксперимент, и проведенное численное моделирование показывают, что предложенная трехпереходная ячейка способна имитировать активность специфических биологических нейронов, отсутствующую в ранее представленных сверхпроводящих искусственных нейронах».

Николай Кленов, доцент МГУ им. М.В. Ломоносова, добавляет: «Предлагаемый нейрон способен имитировать биологическую активность, соответствующую типичной реакции нейрона на обычную внешнюю стимуляцию, а также на допороговое раздражение. Кроме того, он имитирует режим травмы — биофизическую аномалию, вызванную различными нервными заболеваниями и повреждениями нейронов, и взрывной режим».

Cтатья опубликована в журнале NanomaterialsИнформация взята с портала «Научная Россия» (https://scientificrussia.ru/)

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

Исследовательская группа под руководством ученых из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) описала возможный биологический механизм, связывающий два заболевания, при котором рак молочной
подробнее...

Американские ученые выяснили, как небольшие генетические изменения позволили электрическим рыбам развить электрические органы. Открытие может помочь исследователям определить генетические мутации,
подробнее...

Работа примерно половины антибиотиков основана на том, что они подавляют активность рибосом, синтезирующих необходимые для жизни клетки белки. Однако рибосомы у грибков и человека очень похожи,
подробнее...

Коллаборация исследователей при участии специалистов Международной лаборатории биоинформатики НИУ ВШЭ представила новый способ борьбы с трудноизлечимой меланомой. Ученые обнаружили, что одна из форм
подробнее...

Немецкие физики применили технику времяпролетной визуализации к вырожденному атомному ферми-газу в оптической ловушке для исследования механизма образования атомами куперовских пар. Спаривание
подробнее...

Исследователи из Бостонского колледжа (США) обнаружили новую частицу — так называемую аксиальную моду Хиггса. Материалы, содержащие эту частицу, могут служить квантовыми датчиками для оценки других
подробнее...

Палеонтологи изучили покровы хорошо сохранившегося экземпляра пситтакозавра и обнаружили у него пупочный рубец (фактически пупок), как у некоторых крокодилов и ящериц. Это первая находка пупка среди
подробнее...

Физики превратили пару кристаллов времени в искусственный кубит с эффектом обратной связи и исследовали его динамику. Сами кристаллы представляли собой магнонные конденсаты, сформированные в жидком
подробнее...

Команда ученых из ВШЭ, Сколтеха, МПГУ, МИСИС создала нанофотонный микрофлюидный сенсор, потенциально применимый для диагностики, сопровождения и оценки эффективности лечения онкологических
подробнее...

Биоинформатики ИТМО разработали сервис для анализа клеточного метаболизма — биохимических реакций, отвечающих за жизнедеятельность клеток, — Shiny GATOM. В отличие от аналогов предложенный инструмент
подробнее...

Сингапурские физики сообщили о первом успешном пленении нейтральных атомов индия в магнитооптической ловушке. Для этого они использовали их лазерное охлаждение с метастабильного состояния. В
подробнее...

Ученые Института математических проблем биологии РАН (Пущино) провели компьютерное исследование структурных и физических свойств самоорганизующихся пептидных нанотрубок на основе дипептида
подробнее...

Коллаборация MicroBooNE подвела итоги нескольких лет работы по проверке гипотезы о том, что причиной аномального сигнала детектора MiniBooNe стал избыток электронных нейтрино. Три разные группы
подробнее...

Международный коллектив, объединивший исследователей из разных областей, среди которых и антрополог МГУ, исследовал ДНК из семи захоронений кыргызстанских кладбищ Кара-Джигач и Бурана, где,
подробнее...

Научная группа из Сколтеха и Сеченовского университета напечатала на 3D-принтере образцы из пористого сплава железа и кремния — создатели считают этот материал перспективным для дизайна костных
подробнее...

Новое исследование британских ученых раскрывает механизм, с помощью которого гены, кодирующие подмножество длинных некодирующих РНК, взаимодействуют с соседними генами, регулируя развитие и функцию
подробнее...

Физики из Германии и России провели сверхточное измерение изотопического сдвига электронного магнитного момента у водородоподобных ионов неона. Совместное измерение пары изотопов в ловушке Пеннинга
подробнее...

Разработан быстродействующий герметик для ран, состоящий из двух белков змеиного яда: экарина, который быстро инициирует свертывание крови, и текстилинина, который предотвращает разрушение тромба.
подробнее...