Нервную ткань и вычислительный материал заставили работать на одном языке ионов. Команда китайских учёных создала мягкий нейроморфный процессор из многофазного геля и соединила его с перерезанным седалищным нервом крысы. Живые нервные импульсы управляли обработкой сигналов внутри материала — впервые удалось наладить прямой диалог между биологией и электроникой.
В обычных чипах информацию переносят электроны. Здесь вычисления строятся на движении ионов, как в живых тканях. Гель состоит из нескольких фаз с разными свойствами. На границах между ними ионы задерживаются и высвобождаются неравномерно, поэтому материал запоминает предыдущие импульсы.
Каскад таких границ работает как набор ионных ловушек. Их состояние изменяет пропускание следующих сигналов. Устройство воспроизводит кратковременную память, долговременную память и пластичность — способность менять отклик в зависимости от прошлых импульсов. Ранее искусственный нейрон решал ту же задачу отдельно; здесь же обработка происходит прямо внутри мягкой ионной среды.
Процессор показал коэффициент ионного выпрямления выше 10³ — ток проходил в одном направлении намного легче, чем в обратном. Энергопотребление составило 0,61 пДж на импульс. От классического цифрового процессора отличается тем, что состояния искусственного синапса формирует сама динамика ионов, без отдельной программной модели на вычислительном блоке.
На живом животном получился самый убедительный результат. Процессор соединили с перерезанным седалищным нервом крысы. Импульсы биологических нейронов меняли состояния искусственной системы, а та перестраивала проходящие нервные сигналы. Возникла биогибридная цепь, где нейроморфный процессор работает непосредственно с активностью живого нерва.
Это пока лабораторная демонстрация, а не способ лечения. Авторы показали перенастройку сигналов, но не восстановление функции конечности и не готовый имплант для человека. Главное достижение в другом: мягкая вычислительная среда способна принимать биологические импульсы и обрабатывать их по принципам, близким синапсам.
