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

Opět padaly rekordy. Morava a Slezsko hlásí nejteplejší den v dějinách měření

Vlna veder v pondělí po víkendové přestávce pokračovala. Zejména na jihovýchodě Česka překonávaly teploty rekordy pro tento den. Vůbec nejvyšší hodnoty meteorologové naměřili ve Strážnici na Hodonínsku. Rekordy ale padaly i na jihu Čech. V úterý by podle předpovědi mělo být ještě tepleji, na Moravě pravděpodobně poprvé v historii měření teplota dosáhne 40 stupňů Celsia.
včeraAktualizovánopřed 8 hhodinami

Zesílené El Niňo zvyšuje riziko extrémního počasí, varuje OSN

Zesilující klimatický jev El Niňo, který by podle vědců mohl letos nebo příští rok dosáhnout rekordní intenzity, zvyšuje riziko dalších extrémních projevů počasí a „přilévá olej do ohně na planetě, která už hoří“, varoval generální tajemník Organizace spojených národů (OSN) António Guterres. Svět se podle něj kvůli kombinaci přirozeného jevu a pokračujících změn klimatu v důsledku lidské činnosti dostává do „neprobádaného území“. Informovaly o tom agentury AFP a AP.
před 14 hhodinami

Satelitní data ukazují strádající evropské řeky

Nízký stav vody v Dunaji vedl k zastavení provozu většiny reaktorů v maďarské jaderné elektrárně Paks. Podobné problémy měly i zařízení ve Francii. Na Rýně v Německu zase sucho omezuje provoz lodí, které převážejí klíčové suroviny pro tamní průmysl. Vyschlé břehy ale odhaluje celá řada menších i větších evropských toků. Podívejte se na mapu, která stav říčního sucha na celém kontinentu přehledně ukazuje.
před 15 hhodinami

Lovci mamutů si vybírali. Upřednostňovali samice

V době ledové byli mamuti z mnoha důvodů oblíbenou kořistí lovců v Eurasii a Severní Americe. Jediné zvíře poskytlo celé tlupě spoustu masa a tuku, jeho kůže se dala použít na oblečení, z kostí a klů se daly vyřezat nástroje, zbraně i sošky. A největší kosti bylo možné použít jako stavební materiál na přístřešky a další stavby.
před 16 hhodinami

Evropský pohled

ČT24 každý den vybírá z obsahu publikovaného evropskými veřejnými médii, členy Eurovize.