Umělé protonické synapse fungují milionkrát rychleji než lidské  
Inženýři MIT vyvinuli nové programovatelné analogové rezistory, které jsou základním stavebním prvkem umělých synapsí. Namísto elektronů v nich proudí protony. Rezistory využívají pevný elektrolyt z fosfosilikátového skla, který obsahuje nanopóry, jimiž mohou procházet protony, ale nikoliv elektrony.
Protonická synapse. Kredit: Ella Maru Studio, Murat Onen.
Protonická synapse. Kredit: Ella Maru Studio, Murat Onen.

Lidský mozek představuje velice výkonný organický počítač, s unikátní strukturou neuronů a synapsí, spojů mezi neurony, které jsou dnes považovány za jednotky aktivity mozku. Tyhle synapse vytvarovala evoluce. Nejsou špatné, ale zároveň to neznamená, že nemohou existovat mnohem výkonnější synapse, mnohem rychlejší a efektivnější.

 

Murat Onen. Kredit: M. Onen.
Murat Onen. Kredit: M. Onen.

Inženýři MIT, které vedl Murat Onen, vyvinul nový typ umělé synapse, která je extrémně efektivní při spotřebě energie a neméně extrémní je v rychlosti zpracování dat. Je milionkrát rychlejší než synapse v lidském mozku. Klíčem k ohromujícímu výkonu je v tomto případě analogový design, v němž se přenášejí protony namísto elektronů.

 

Tvůrci nových designů pro počítače se v některých případech inspirují strukturou mozku. Tímto postupem mohou vzniknout výkonnější počítače, které při provozu šetří výpočetní čas i energii. Provádějí více operací zároveň a zpracovávají data v paměti, namísto toho, aby docházelo k přenosu dat mezi různými komponenty počítače. Tento princip využívají i neurální sítě, ale mají zase svá hardwarová omezení.

 

Logo. Kredit: MIT.
Logo. Kredit: MIT.

Tým MIT šel po jednom z těchto omezení. Vyvinuli nový typ programovatelného rezistoru, který je základním stavebním prvkem analogových procesorů. U těchto rezistorů je možné nastavit, zda budou vodivé pro ionty nebo budou naopak průchod iontů blokovat. Soustava takových rezistorů může zpracovat a přenášet informaci, tak jako to dělají biologické synapse.

 

Rezistory týmu MIT vedou nejmenší možné ionty, čili protony, které se mohou pohybovat závratnými rychlostmi. Dalším významným vylepšením těchto rezistorů je, že využívají pevný elektrolyt z fosfosilikátového skla. Tento anorganický materiál vykazuje vysokou vodivost protonů při pokojové teplotě, díky nanopórům, které umožňují procházet protonům a zároveň blokují průchod elektronů. Pokud je na takové zařízení aplikováno dostatečně silné elektrické pole až 10 V, prolétají protony touto synapsí téměř rychlostí blesku. Výsledkem je, že takový analogový procesor/synapse funguje milionkrát rychleji než lidské synapse.

Významnou výhodou protonických synapsí je, že i při použití elektrického pole nové rezistory vydrží miliony cyklů otevření a zavření průchodu iontů. Jde o to, že protony jsou menší a méně hmotné než v předešlých případech používané ionty a méně poškozují hardware. Další věc je, že fosfosilikátové sklo je nevodič elektronů, takže skrz protonickou synapsi prochází jen nepatrné elektrické proudy. Nedochází k přílišnému ohřívání, což vede k úspoře energie. Pokud badatelé protonické synapse dotáhnou do komerční podoby, mohlo by to vést k velmi výkonným počítačům.

 

Literatura

New Atlas 4. 8. 2022.

Science 377: 539–543.

Datum: 07.08.2022
Tisk článku

Související články:

Umělé synapse otevírají cestu k čipům, které budou jako mozky     Autor: Stanislav Mihulka (01.02.2018)
Umělé neurony na čipu přinesou průlom do léčby chronických nemocí     Autor: Stanislav Mihulka (05.12.2019)
Kdy asi obživne? V zařízení s nanodrátky pozorovali aktivitu podobnou mozku     Autor: Stanislav Mihulka (01.01.2020)
Od složeného oka pestřenky k lepší detekci nebezpečných dronů     Autor: Dagmar Gregorová (24.03.2022)
Diamantové baterie s jaderným odpadem mohou napájet umělé neurony     Autor: Stanislav Mihulka (31.05.2022)



Diskuze:

Je spravne přeložené?

Z V,2022-08-09 07:53:23

Nejdříve se píše o protonech pak o iontech čili protonech což je asi nesmysl?! Proton a iont není totéž, nebo jsme v jiné realitě kde si může kdo chce, říkat co chce?:-)

Odpovědět


Re: Je spravne přeložené?

Vojtěch Kocián,2022-08-09 09:57:43

Proton a "nejmenší možný ion" je totéž. Stejně tak "jádro vodíku" nebo "atom vodíku zbavený elektronu"

Odpovědět


Re: Re: Je spravne přeložené?

Vladimír Bzdušek,2022-08-09 13:19:51

To asi celkom nie. Ako kde. Povedzme v jadrovej fyzike, ale v chémii sa vodíkový katión H+ uvažuje vždy ako solvatovaný, v prípade vodného roztoku napr. kyseliny ako H3O+. Predstava voľných protónov sa začína blížiť k studenej fúzii ...

Odpovědět


Re: Re: Re: Je spravne přeložené?

D@1imi1 Hrušk@,2022-08-09 20:14:53

Uvažovat můžete H+ jak chcete, ale podstatou jevu je vždycky volný proton. Ve vodném roztoku je situace naopak mnohem složitější a proton může krátkodobě způsobit spojení více molekul vody do jednoho iontu (H5O2+; H7O3+...).

Např. na české Wiki se dočtete toto:
https://cs.wikipedia.org/wiki/Hydronium#%C5%BDivotnost_hydronia

Odpovědět


Re: Re: Re: Je spravne přeložené?

Vojtěch Kocián,2022-08-10 06:20:23

V chemii se volný proton vyskytuje málokdy (okamžitě se k něčemu polárnímu přilepí a vytvoří třeba ten H3O+ kationt). Navíc se ten proton chová jako vodíkový kationt, takže proč si komplikovat chemické rovnice dalším symbolem (i když se to taky někdy používá). Nicméně i chemici moc dobře vědí, že ten vodíkový kationt není nic jiného než volný proton. I té reakci rozpouštění kyseliny ve vodě za vzniku H3O+ říkají protolýza, ve které kyselina hraje roli "dárce protonu".

Odpovědět

Dovysvetlenie?

Z Z,2022-08-08 03:00:29

Asi by to chcelo článok nejako "dovysvetliť":
Kedy (pri akých okolnostiach) bude prenos elektrického náboja protónmi výhodnejší než elektrónmi?
Pôsobí to zmätočne aj preto, že sa v článku vysvetľuje, že je protón menší než ionty, no elektrón je ešte oveľa menší a ľahší.

Odpovědět


Re: Dovysvetlenie?

Daniel Slovák,2022-08-08 07:06:09

Áno, protón je 1843x ťažší, ale o koľko je väčší ? Kedysi som sa o to zaujímal v súvislosti s Lorentzovým modelom elektrónu ako malej gule a s Lorentzovou silou svetelného trenia, ale dozvedel som sa len že sa jeho "priemer" nedá určiť lebo nevieme urobiť experkment kde by sa navzájom na sebe na malých vzdialenostiach rozptyľovali elektróny. Má vôbec zmysel hovoriť pri časticiach o ich tvare a rozmeroch ?

Odpovědět


Re: Re: Dovysvetlenie?

Macko Pu1,2022-08-08 07:31:59

Nie ze by som tomu rozumel, ale ak 2 prudy zaostrenych elektrovych lucov s znamym prierezom a poctom elektronov nasmerujeme proti sebe z rozptylu by to mozno spocitat islo. Otazka je ci by vlnova interakcia nebola prevazujuca...

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku








Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace