Полимеры умеют думать: как создать искусственный мозг из пластика

Исследователи из Университета Осаки и Университета Хоккайдо разработали новый тип полимеров, которые могут имитировать работу биологических нейронов. Эти полимеры способны изменять свою структуру и проводимость в зависимости от внешних стимулов, таких как электрическое напряжение или свет. Таким образом, они могут обучаться и запоминать информацию, подобно живым клеткам.

Полимерные мозги представляют собой тонкие пленки из специальных органических соединений, которые обладают свойством памяти формы. Это означает, что они могут сохранять свою форму после деформации и возвращаться к исходному состоянию при нагревании или освещении. Кроме того, эти полимеры являются электроактивными, то есть они могут изменять свою электрическую проводимость в ответ на приложенное напряжение.

Исследователям удалось вырастить полимерные провода из обычной полимерной смеси под названием «PEDOT:PSS», которая обладает высокой проводимостью, прозрачностью, гибкостью и стабильностью. Трехмерную структуру верхнего и нижнего электродов сначала погружали в раствор прекурсора. Затем провода PEDOT:PSS были выращены между выбранными электродами путем приложения напряжения прямоугольной формы к этим электродам, имитируя формирование синаптических связей посредством направления аксонов в незрелом мозге.

После того, как провод был сформирован, его характеристики, особенно проводимость, контролировались с помощью небольших импульсов напряжения, приложенных к одному электрод , что изменяет электрические свойства пленки, окружающей провода.

Полимерные мозги имеют ряд преимуществ перед традиционными электронными нейронными сетями. Они более гибкие, легкие и дешевые в производстве. Они также потребляют меньше энергии и имеют большую плотность информации. Кроме того, они более близки к природным системам по своему принципу работы и способности к самоорганизации.

Сфабрикованная сеть использовалась для демонстрации неконтролируемого обучения по Хеббу (т. е. когда синапсы, которые часто срабатывают вместе, со временем укрепляют свою общую связь). Более того, исследователи смогли точно контролировать значения проводимости проводов, чтобы сеть могла выполнять свои задачи.

Обучение на основе спайков, еще один подход к нейронным сетям, который более точно имитирует процессы биологических нейронных сетей, также был продемонстрирован путем управления диаметром и проводимостью проводов.

Затем, изготовив чип с большим количеством электродов и используя микрожидкостные каналы для подачи исходного раствора к каждому электроду, исследователи надеются построить более крупную и мощную сеть. В целом подход, определенный в этом исследовании, является большим шагом к реализации нейроморфного программного обеспечения и сокращению разрыва между когнитивными способностями человека и компьютера.

Полимерные мозги могут найти применение в различных областях, таких как биомедицина, робототехника, искусственный интеллект и интернет вещей. Они могут быть использованы для создания умных протезов, сенсоров, устройств связи и памяти. Они также могут помочь в изучении механизмов обучения и памяти в живых организмах.