Hunajamikrosiru jäljittelee aivoja

Tutkijaryhmä on kehittänyt hunajasta biohajoavan mikrosirun, joka jäljittelee ihmisaivoja ja tekee tietokoneesta sekä nopeamman että virtapihimmän.

Tutkijaryhmä on kehittänyt hunajasta biohajoavan mikrosirun, joka jäljittelee ihmisaivoja ja tekee tietokoneesta sekä nopeamman että virtapihimmän.

Shutterstock / Subbotina Anna

Ihmisaivojen toimintaa jäljittelevät neuromorfiset tietokoneet ovat tulevaisuutta.

Niiden tiellä on kuitenkin esteitä. Ensinnäkin niihin tarvitaan paljon mikrosiruja, jotka yleensä tehdään biohajoamattomista materiaaleista, kuten piistä ja silikonista. Lisäksi niiden tuotanto vaatii energiaa ja saastuttaa.

Uuden tutkimuksen mukaan ratkaisu piilee luonnossa ja yllättävästi se löytyy hunajasta.

Emuloi aivojen neuroneja

Neuromorfiset tietokoneet on suunniteltu jäjlittelemään ihmisaivoissa olevia hermosoluja eli neuroneja ja hermoliitoksia eli synapseja.

Perinteisiin tietokoneisiin verrattuna neuromorfiset tietokoneet ovat nopeampia ja kuluttavat vähemmän energiaa.

Japanilainen supertietokone Fugaku vaatii jopa 28 megawatin tehon (reilut 28 miljoonaa wattia), kun taas ihmisaivot toimivat 10–20 watilla.

Washingtonin osavaltion yliopistossa aiotaan tehdä näistä tietokoneista vihreämpiä valmistamalla niiden memristorit hunajasta.

Kun haluamme hävittää laitteita, joissa on hunajasta valmistettuja siruja, ne voidaan helposti saada liukenemaan veteen. Tohtori Feng Zhao, Washingtonin osavaltion yliopisto

Memristori – sana on yhdistelmä englannin sanoista memory ja resistor eli muisti ja vastus – on transistoria muistuttava elektroniikan virtapiirielementti.

Toisin kuin transistori memristori ei vain säätele sähkövirran kulkua. Se myös tallentaa dataa muistiinsa, sillä se muistaa viimeksi käytetyn jännitteen.

”Se on hyvin pieni elementti, jonka rakenne on yksinkertainen, mutta sillä on paljon samanlaisia toimintoja kuin ihmisneuronilla”, tutkimusta johtava Feng Zhao kertoo yliopiston sivustossa.

”Tämä tarkoittaa, että jos pystymme liittämään toisiinsa miljoonia tai miljardeja hunajamemristoreja, ne voivat muodostaa neuromorfisen järjestelmän, joka toimii hyvin samalla tavalla kuin ihmisaivot.”

Tietokoneisiin vielä pitkä matka

Hunajamemristorien valmistamiseksi Zhao tiimeineen teki hunajasta kiinteää, minkä jälkeen hunajanpala laitettiin kahden metallielektrodin väliin, jolloin muodostui ihmisen synapsia muistuttava rakenne.

Tällä hetkellä se on ihmisen hiuksen paksuinen, mutta tavoitteena on kutistaa koko reiluun yhteen tuhannesosaan hiuksesta.

Hunajamemristorin suorituskykyä testattiin jäljittelemällä aivojen synapsien nopeaa aktivoitumista ja sammumista, jotka tapahtuvat 100–500 nanosekunnissa.

Memristorit jäljittelivät myös joitakin synapsien toimintoja, jotka vaikuttavat aivojen oppimisprosesseihin ja uuden informaation tallentumiseen neuroneihin.

Vuonna 2021 Intel sai markkinoille neuromorfisen sirun nimeltä Loihi 2, joka kykenee simuloimaan miljoonaa neuronia. Ihmisaivoissa on neuroneja yli 100 miljardia.

© Intel

Ihmisaivoissa on yli 110 miljardia neuronia, jotka voivat sekä käsitellä että tallentaa dataa yli 1 000 biljoonan synapsin avulla.

Nykyisin on olemassa neuromorfisia siruja, jotka vastaavat yli 100:a miljoonaa neuronia, mutta määrä on vielä kaukana aivojen 100 miljardista neuronista.

Hajoaa helposti vesiämpärissä

Memristoreja, joita nykyisin valmistetaan uusiutumattomista ja myrkyllisistä materiaaleista, tarvitaan siis valtavia määriä. Hunajakomponentit muuttavat tilanteen täysin.

Sen lisäksi että hunaja hajoaa luonnostaan, se kestää kuumuutta, jota neuromorfiset tietokoneet synnyttävät. Hunajalla on myös muita etuja.

"Sen kosteuspitoisuus on hyvin alhainen, minkä vuoksi bakteerit eivät elä siinä. Tämän vuoksi tällaiset tietokonesirut voivat olla hyvin vakaita ja luotettavia pitkään”, Zhao kertoo ja jatkaa:

"Kun haluamme hävittää laitteita, joissa on hunajasta valmistettuja siruja, ne voidaan helposti liuottaa veteen."