Новости технологий

Новая компьютерная память имитирует работу мозга

 Традиционно все электронные устройства передают и хранят любую информацию в виде двоичного кода. Комбинации нулей и единиц или, применительно к компьютерным чипам, наличие и отсутствие тока, надолго стали простой и надёжной основой всех вычислительных процессов.

Но в человеческом головном мозге все происходящие процессы гораздо сложнее, и несколько потоков информации обрабатываются одновременно.

В тот момент, когда вы читаете этот текст, ваш мозг за доли секунды распознаёт буквы и символы, определяет их взаимное расположение и по многим каналам связи считывает заложенный смысл. Наше восприятие останется прежним, если изменить шрифт, цвет или размер букв. Эта особенность широко используется в популярном тесте "Капча" (CAPTCHA), позволяющем определить, кем является пользователь системы: человеком или компьютером.

Но, похоже, учёные из Королевского института технологий Мельбурна (RMIT) и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре (UCSB) сделали серьёзный шаг на пути к созданию искусственного человеческого мозга. Их детище в скором времени сможет пройти тест, притворившись человеком.

 Инженеры Австралии и США впервые создали электронные ячейки памяти и небольшую искусственную нейронную сеть, которые в точности имитирует процессы хранения и обработки информации в нашей голове. Результаты двух исследований были опубликованы в изданиях Advanced Functional Materials и Nature.

Ключевым элементом новой технологии является мемристор. Название этого электронного компонента получено от слов memory — память, и resistor — электрическое сопротивление. 

Это приспособление способно изменять сопротивление в зависимости от направления электрического тока и подобно человеческим нейронам использует для генерации электрических сигналов не электроны, а ионы. Другими словами, мемристор запоминает направление и величину "энергии", приложенной к нему в последний раз, и хранит эту информацию вплоть до прохождения следующего импульса. Таким образом, каждая ячейка такой памяти, как и нейрон, может хранить гораздо больше информации, чем просто "0" или "1".

 

 "Это приближает нас к созданию похожей на мозг системы с памятью, которая позволяет запоминать, хранить и быстро извлекать аналоговую информацию, — говорит в пресс-релизе руководитель австралийского проекта Шарат Шрирам (Sharath Sriram). — Человеческий мозг это чрезвычайно сложный аналоговый компьютер, эволюция которого основана на его предыдущем опыте, и до сих пор эту функцию не могли адекватно воспроизвести с помощью цифровых технологий".

 В качестве демонстрации возможностей новой системы исследователи из США построили элементарную искусственную нейронную сеть из ста синапсов. Она даже сквозь помехи безошибочно распознавала три буквы (Z, N и V), используя те же принципы, которыми руководствуется человек при решении аналогичной задачи.

 "Это небольшой, но важный шаг, — говорит в пресс-релизе университета Санта-Барбары профессор Дмитрий Струков, работающий в этом университете. — В конечном счёте, схема может быть расширена и масштабирована до аналога человеческого мозга с квадриллионом синаптических связей".

 Конечно, до разработки полноценного бионического мозга ещё далеко, особенно учитывая тот факт, что наука не до конца понимает тонкости работы оригинала. Однако прототип такого искусственного органа может существенно облегчить жизнь учёным, которые постоянно находятся под давлением морально-этических аспектов, ограничивающих эксперименты с мозгом живых людей.

 В будущем такие модели можно будет использовать для изучения многих неврологических заболеваний, таких как болезни Альцгеймера и Паркинсона.

 

Водородные топливные элементы - это многообещающая технология для экологически чистых автомобилей, единственным продуктом работы которых является чистая вода. Но вся привлекательность этой технологии, которая позиционируется в качестве замены двигателей внутреннего сгорания, пока еще перечеркивается проблемами, связанными с хранением газообразного водорода. Однако, существует методы производства газообразного водорода прямо в системе автомобиля, и недостаточная эффективность таких методов может быть увеличена до приемлемого уровня путем использования реактивных микродвигателей, в роли которых выступают специальные "двуликие" наночастицы.

Водородные топливные элементы работают, сжигая на катализаторе водород при помощи поступающего из атмосферы кислорода, вырабатывая при этом электрическую энергию и водяной пар. Вместо того, чтобы хранить газообразный водород в больших резервуарах высокого давления, некоторые ученые предлагают использовать жидкие концентрированные растворы содержащих водород солей, таких, как борогидрид натрия, которые выделяют водород под воздействием металлического катализатора.

Большинство таких катализаторов, используемых для извлечения водорода из растворов солей, изготавливаются в виде наночастиц или очень тонких пленок. Но скорость и эффективность извлечения водорода в таких системах ограничены дезактивацией катализаторов из-за плохого перемешивания раствора и накопления на поверхности катализатора побочных продуктов каталитической реакции.

Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего решили вышеописанную проблему при помощи специальных наночастиц, размером около 20 микрон, которые действуют как реактивные микродвигатели. Эти частицы, получившие название "частиц Януса" в честь двуликого римского божества, имеют две части, одна из которых изготовлена из платины, обладающей высокими каталитическими свойствами, а вторая - из нейтрального титана.

Когда эти частицы погружаются в раствор борогидрида натрия, платиновая сторона частицы вступает в бурную реакцию с молекулами водородосодержащей соли, а сторона, покрытая титаном, остается бездействующей. Водородный "выхлоп" с платиновой стороны заставляет частицу двигаться в жидкости со скоростью около 250 микрометров в секунду.

Беспорядочно движущиеся частицы способствуют быстрому перемешиванию раствора борогидрида натрия, что обеспечивает постоянный приток к их каталитической поверхности не израсходовавших еще водород молекул солей. Кроме этого, постоянное движение частиц не дает нерастворимым продуктам каталитической реакции укрепиться на поверхности платиновой стороны, снижая площадь ее рабочей поверхности, что поддерживает всегда максимальную эффективность работы катализатора. В результате такого подхода топливный элемент в "двуликими" частицами выделяет в девять раз больше водорода, нежели топливный элемент с обычным статичным катализатором.

Исследователи продемонстрировали работоспособность разработанной ими технологии на игрушечном автомобиле с водородным топливным элементом, приведенным в действие "частицами Януса". Но на нынешнем уровне развития технологий ничто не мешает использовать подобный подход и для приведения в действие топливных элементов обычных водородных автомобилей.

Источник новости