Новый искусственный нейрон сделали из пластика: кремний не оправдал надежд
Исследователи из Линчёпингского университета (LiU) разработали искусственный нейрон из проводящих пластиков, способный выполнять сложные функции, аналогичные функциям живых нервных клеток. Эти результаты открывают путь для нового поколения встраиваемых в тело сенсоров, медицинских имплантатов и робототехники.
«Имитация поведения биологических нейронов давно остается одной из основных целей так называемой нейроморфной инженерии. Традиционная кремниевая электроника не оправдывает ожиданий, поскольку не говорит на том же языке, что и нервные клетки нашего организма», — объясняет Симоне Фабиано, профессор материаловедения в LiU.
Вместо жесткого кремния его команда из Лаборатории органической электроники в LiU работает с мягкими и гибкими сопряженными полимерами, которые могут проводить как ионы, так и электроны. Эта двойная проводимость позволяет им лучше взаимодействовать с биологическими системами.
Подарить роботам осязание
В экспериментах, результаты которых приведены в Science Advances, исследователи убедились, что их творения обрабатывают информацию как живые нейроны: активируются только при наличии одного входного сигнала и отсутствии другого. Этот принцип, называемый обнаружением антисовпадений — один из базовых для таких задач, как тактильное восприятие.
«Мы можем представить использование этих устройств для добавления чувства осязания в протезах или робототехнике. Они демонстрируют, что органическая электроника — это не просто более мягкая альтернатива кремнию, но и возможность для новых видов нейронных вычислений, которые соединяют биологию с электроникой», — говорит Фабиано.
Параллельно с разработкой продвинутой функциональности его исследовательская группа также работала над упрощением базовой структуры искусственных нейронов.
Мал, да удал
В начале 2023 года исследователям в Кампусе Норрчёпинга LiU удалось создать искусственные нервные клетки, которые воспроизводили 15 из 22 ключевых свойств биологических нейронов. Однако те пластиковые нервные клетки состояли из множества различных элементов, что ограничивало их практическое применение.
Команда Фабиано сократила искусственную нервную клетку до всего одного органического электрохимического транзистора, сохранив при этом воспроизведение целых 17 нейронных свойств, о чем рассказала в Nature Communications. Этот искусственный нейрон не только высокофункционален, но и чрезвычайно компактен — его размер сравним с размером человеческой нервной клетки.
«Это один из самых простых и наиболее биологически значимых искусственных нейронов на сегодняшний день. Он открывает путь к непосредственной интеграции синтетических нейронов с живыми тканями или мягкими роботами», — подытожил профессор.
