Печатаемые нейроны на графене и дисульфиде молибдена активировали клетки мозга мышей и приблизили интерфейсы «мозг–машина» к прямому взаимодействию с тканью
Инженеры из Северо-Западного университета разработали напечатанные искусственные нейроны, которые могут напрямую взаимодействовать с живыми клетками мозга. Эти гибкие и недорогие устройства создают электрические сигналы, схожие с сигналами живых нейронов, что позволяет им активировать биологическую мозговую ткань.
В экспериментах с использованием срезов мозга мышей искусственные нейроны успешно вызывали реакции у реальных нейронов. Это открытие демонстрирует новый уровень совместимости между электронными устройствами и живыми нейронными системами.
Технология основана на использовании мягких, печатных материалов, таких как наночастицы дисульфида молибдена (полупроводник) и графена (проводник). Эти материалы наносятся на гибкие полимерные поверхности методом аэрозольной струйной печати. Частичное разложение полимера создаёт узкий проводящий путь, который имитирует электрический импульс нейрона. Искусственные нейроны способны генерировать сложные сигналы, включая одиночные всплески, непрерывные импульсы и паттерны, схожие с реальной нейронной активностью.
Для проверки взаимодействия с живыми системами исследователи применили искусственные сигналы к срезам мозжечка мышей. Результаты показали, что электрические импульсы совпадают с биологическими по времени и форме, что позволяет им активировать живые нейроны и запускать нейронные цепи.
Потенциальные применения технологии включают интерфейсы мозг-компьютер, нейропротезы и энергоэффективные вычислительные системы, вдохновлённые устройством мозга. Искусственные нейроны могут значительно снизить энергопотребление, что особенно важно для систем искусственного интеллекта, которые требуют огромных ресурсов для обработки данных.
Производственный процесс устройств прост и экологически устойчив. Метод аддитивной печати позволяет наносить материалы только там, где это необходимо, что снижает количество отходов. Это особенно важно в условиях растущего энергопотребления и нагрузки на водные ресурсы, вызванных развитием ИИ.
Руководитель работы Марк Херсам отметил, что мозг остаётся самой энергоэффективной вычислительной системой, и его принципы могут вдохновить на создание нового поколения вычислительных устройств.