科技日報記者?張夢然
從人類大腦運行中獲得靈感來進行電子產(chǎn)品的研發(fā)，是******工程師們都關(guān)注的領(lǐng)域。此次，研究人員進行了一項理論分析，利用離子作為神經(jīng)細胞攜帶信息來開發(fā)人工神經(jīng)元。這一裝置用石墨烯制成納米狹縫，狹縫內(nèi)由單層水來傳輸離子，具有與神經(jīng)元相同的傳輸能力。相關(guān)論文發(fā)表在***新一期的《科學(xué)》雜志上。
人工神經(jīng)元原型
圖源：ENS物理實驗室/《科學(xué)》在線版
可以說，沒有什么人造設(shè)備的效率高過人腦——人腦能執(zhí)行許許多多復(fù)雜的任務(wù)，每天消耗的能量卻僅相當(dāng)于兩個香蕉。它的******率取決于它的基本單元——神經(jīng)元。神經(jīng)元有一個帶納米孔的膜，稱為離子通道，根據(jù)接收到的刺激打開和關(guān)閉，由此產(chǎn)生的離子流會產(chǎn)生電流，負責(zé)發(fā)射動作電位（可興奮細胞受到刺激時，在靜息電位的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的電位變化過程），這是允許神經(jīng)元相互交流的信號。
當(dāng)然，人工智能（AI）也可以完成以上******這些任務(wù)，但代價是能耗——AI的能耗是人腦的數(shù)萬倍。
有鑒于此，來自法國國家科學(xué)研究中心與巴黎高等師范學(xué)院等機構(gòu)的科學(xué)家，此次將整個研究的挑戰(zhàn)放在設(shè)計一種與人腦一樣節(jié)能的電子系統(tǒng)。例如，通過使用離子而不是電子來攜帶信息?？茖W(xué)家們認為，納米流體學(xué)（研究流體在小于100納米寬的通道中的行為方式）提供了許多觀點。
在新實驗中，研究團隊構(gòu)建了一個人工神經(jīng)元原型，其由含有單層水分子的極薄石墨烯狹縫構(gòu)成。研究人員證明，在電場的作用下，來自這層水的離子可聚集成細長的簇，并產(chǎn)生一種被稱為憶阻器效應(yīng)的特性：這些簇能保留過去接收到的一些刺激，且為了與大腦比較，石墨烯狹縫再現(xiàn)了離子通道、簇和離子流。利用理論和數(shù)字工具，研究人員展示了如何組裝這些集群以模擬動作電位發(fā)射的物理機制，從而模擬信息的傳輸。
研究人員表示，他們現(xiàn)在的目標(biāo)，是通過實驗去證明此類系統(tǒng)可以實現(xiàn)簡單的學(xué)習(xí)算法，在此基礎(chǔ)上，這一算法就能為未來的電子記憶鋪平道路。
總編輯圈點：
這些年來，科學(xué)家們一直希望創(chuàng)造出與人腦類似的電子系統(tǒng)，不過他們進行研究的切入點并不相同。比如，此前有大量研究通過模擬人腦處理信息的機制，設(shè)計出規(guī)模越來越大、層數(shù)越來越多的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。而在上述研究中，科學(xué)家的著眼點在于讓人工神經(jīng)元像人腦神經(jīng)元一樣節(jié)能。相信這些從不同角度切入的研究成果***終將融會貫通，帶來更加******、強大的人工智能。
