馬薩諸塞大學阿默斯特分校的工程師開發出了具有與天然腦細胞相似的電活動的人工神經元。這項創新建立在該團隊之前使用由產電細菌製成的蛋白質納米線的研究基礎上。這種新方法可以為計算機以生命系統的效率運行鋪平道路，甚至可以直接連接到生物組織。
“我們的大腦處理大量信息，”麻省大學阿默斯特分校電氣和計算機工程專業的研究生、該雜誌上發表的這項研究的主要作者 Shuai Fu 說。 自然交流– “但能耗非常低。特別是與運行 ChatGPT 等大型語言模型所用的電量相比。”
人體以驚人的電力效率工作。這是普通計算機電路的 100 倍。僅大腦就由數十億個神經元組成。這些是在全身發送和接收電信號的特殊細胞。諸如寫故事之類的任務僅消耗人腦約 20 瓦的能量。而大型語言模型可能需要超過 1 兆瓦才能完成同樣的事情。
工程師們長期以來一直在嘗試設計人工神經元以實現更節能的處理。但將電壓降低到生物水平是一個主要障礙。麻省大學阿默斯特分校電氣與計算機工程系副教授、該論文的資深作者 Jun Yao 表示：“早期的人工神經元使用的電壓是我們所能產生的電壓的 10 倍，能量是我們所能產生的能量的 100 倍。”因此，以前的設計效率低得多，並且無法直接連接到活體神經元。對更強的電信號更敏感
“我們記錄的電流只有0.1伏，這與我們體內的神經細胞相似，”姚說。
傅和姚的新神經元有很多應用，從基於生物學靈感設計新計算機到更高效的原理。可以直接與我們的身體通信的電子設備
“目前，我們擁有各種各樣的可穿戴電子傳感系統，”姚說，“但這些系統相當笨重且效率低下。每次它們感知到來自我們身體的信號時，它們都必須對信號進行電放大，以便計算機能夠對其進行分析。中間的放大步驟會增加功耗和電路複雜性。但是用我們的低壓神經元構建的傳感器可以在沒有任何放大的情況下做到這一點。”
該團隊的新型低能量神經元的秘密成分是由一種非凡細菌合成的納米線蛋白質。 地桿菌減硫其中還具有發電的超能力。姚和幾位同事利用細菌蛋白納米線設計了各種超高效設備，包括由汗液驅動的生物膜。可以為個人電子設備供電 可以嗅出疾病的“電子鼻”，以及幾乎可以用任何東西製成的可以從稀薄的空氣中汲取電力的設備。
這項研究得到了陸軍研究辦公室、美國國家科學基金會和美國國立衛生研究院的支持。和阿爾弗雷德·P·斯隆基金會。
