Ученые Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского создали электронную систему, которая имитирует работу нервных клеток. Разработка нужна для создания энергоэффективных устройств, способных обрабатывать информацию подобно биологическому мозгу — например, для робототехники и нейроинтерфейсов.
В основе системы — два искусственных нейрона, соединенных мемристором. Мемристор — это электронный компонент, который меняет свое сопротивление в зависимости от того, какой ток через него проходил раньше. Он выполняет роль синапса — аналога связи между нейронами в нервной системе. Первый нейрон генерирует импульсы и передает их второму, который подстраивает ритм своей работы под первый. Ученым удалось получить несколько режимов синхронизации: нейроны работали в одном ритме или с разным соотношением частот.
«Мы использовали не условную модель мемристора, а характеристики реального устройства, изготовленного и исследованного экспериментально. Это позволило максимально приблизить теоретическое описание к поведению реального устройства», — рассказал руководитель исследования Иван Кипелкин.
В традиционных электронных нейронных системах коэффициент связи обычно задается заранее и остается постоянным. В разработке ННГУ сила связи определяется состоянием мемристора и может изменяться непосредственно в процессе работы системы под действием нейроподобных импульсов. Мемристор одновременно передает сигнал, изменяет собственное сопротивление и регулирует дальнейшее взаимодействие нейронов. Это создает механизм саморегулирования, сходный с синаптической пластичностью биологических нейронных сетей.
Расчетное энергопотребление системы «ведущий нейрон — искусственный синапс — ведомый нейрон» составило около 1456 пДж, что показывает перспективность масштабирования и создания более крупных нейронных сетей.
В перспективе — обработка сигналов от датчиков, распознавание образов, робототехника, нейроинтерфейсы и нейропротезы.
Исследование выполнено в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»).
