Искусственные нейроны для связи с живыми клетками: прорыв в биоинженерии

Инженеры из Массачусетского университета в Амхерсте разработали первые в мире искусственные нейроны, способные напрямую взаимодействовать с живыми клетками. Устройство имитирует электрические функции биологических нейронов с беспрецедентной точностью.

Ключевой прорыв основан на использовании белковых нанопроводов, синтезированных из электрогенерирующих бактерий. Эта технология открывает путь к созданию высокоэффективных компьютеров, работающих по биологическим принципам и способных напрямую подключаться к живым системам.

Как отмечает Шуай Фу, ведущий автор исследования, человеческий мозг обрабатывает колоссальные объёмы данных при чрезвычайно низком энергопотреблении. Для сравнения: выполнение задачи вроде написания текста требует у мозга около 20 Вт, в то время как крупные языковые модели, такие как ChatGPT, потребляют свыше мегаватта.

Новый искусственный нейрон работает при напряжении всего 0,1 вольта — аналогично естественным нейронам человека. Предыдущие версии требовали вдесятеро большего напряжения и в сотню раз больше энергии, что делало их неэффективными и несовместимыми с живыми тканями.

Потенциальные применения технологии охватывают как перепроектирование компьютеров на биоинспирированных принципах, так и создание носимых устройств, способных напрямую взаимодействовать с телом без промежуточного усиления сигналов.

Основой низковольтного нейрона стали нанопроводы из белка, синтезированного бактерией Geobacter sulfurreducens, известной своей способностью генерировать электричество. Ранее та же команда использовала этот материал для разработки энергоэффективных устройств, включая биоэлектронные сенсоры и системы сбора энергии из окружающей среды.