Sieci nanoprzewodowe (Nano Net) mogą wykazywać pamięć zarówno krótko-, jak i długoterminową, podobnie jak ludzki mózg. To nowe odkrycie pochodzi od zespołu ekspertów kierowanego przez dr Alona Loefflera z Univ. z Sydney. Badanie przeprowadził dr Alon Loeffler, który obronił doktorat na Wydziale Fizyki. Badanie jest obecnie dostępne online w czasopiśmie Science Advances. Jednak w skład zespołu wchodziła również grupa japońskich ekspertów. Dla uproszczenia będziemy używać „Nano Net” do reprezentowania sieci Nanowire” w większości części artykułu.
O pracy, powiedział dr Loeffler
„ W tych badaniach odkryliśmy, że funkcje poznawcze wyższego rzędu, które zwykle kojarzymy z ludzkim mózgiem, można naśladować za pomocą niebiologicznego sprzętu. Ta praca opiera się na naszych poprzednich badaniach, w których pokazaliśmy, w jaki sposób nanotechnologię można wykorzystać do zbudowania inspirowanego mózgiem urządzenia elektrycznego z siecią neuronową – taką jak obwody i synapsa – jak sygnalizacja. Nasza obecna praca toruje drogę do replikacji mózgu – podobnie jak uczenie się i pamięć w niebiologicznych systemach sprzętowych i sugeruje, że podstawowa natura mózgu – podobnie jak inteligencja, może być fizyczna.”
Nanosieci to podzbiór nanotechnologii, który często powstaje z cienkich rozmieszczone, wysoce przewodzące, niewidoczne gołym okiem, mikrosrebrne druty owinięte tworzywem sztucznym. Aspekty sieciowej fizycznej struktury ludzkiego mózgu są modelowane przez przewody. Liczne praktyczne zastosowania, takie jak modernizacja robotów lub systemy czujników, które muszą podejmować szybkie decyzje w losowych ustawieniach, mogą zostać wprowadzone dzięki postępom w nanosieciach.
Starszy autor, prof. Zdenka Kuncic, z School of Fizyka, powiedział
„Ta sieć nanoprzewodów jest jak syntetyczna sieć neuronowa, ponieważ nanoprzewody działają jak neurony, a miejsca, w których się łączą, są analogiczne do synaps… Zamiast implementować jakąś maszynę uczenia się, w tym badaniu dr Loeffler poszedł o krok dalej i próbował wykazać, że sieci nanoprzewodów wykazują jakąś funkcję poznawczą”.
Sieć nanoprzewodów odpowiada przeciętnym zdolnościom człowieka
Zespół wykorzystał zadanie N-Back, powszechny test pamięci używany w badaniach psychologii człowieka, do zbadania pojemności sieci Nano. Dla osoby zadanie N-Back może pociągać za sobą przywołanie dokładnego obrazu kota z sekwencji kocich obrazów. Osoba może znać to samo zdjęcie, które pojawiło się siedem kroków wstecz, jeśli ma wynik N-Back równy 7. To jest średnia dla ludzi. Zespół badawczy odkrył, że zastosowany w sieci Nano może „zapamiętać” żądany punkt końcowy w obwodzie elektrycznym siedem kroków wstecz. Oznacza to, że ma wynik 7 w teście N-Back, tak jak przeciętny człowiek.
Dr. Loeffler kontynuuje
„To, co tutaj zrobiliśmy, polega na manipulowaniu napięciami elektrod końcowych, aby wymusić zmianę ścieżek, zamiast pozwalać sieci robić swoje. Zmusiliśmy ścieżki, aby szły tam, gdzie chcieliśmy… Kiedy to zaimplementowaliśmy, jego pamięć była znacznie dokładniejsza i tak naprawdę nie zmniejszała się w czasie, co sugeruje, że znaleźliśmy sposób na wzmocnienie ścieżek, aby popchnąć je tam, gdzie chcemy ich, a potem sieć to pamięta. Neuronaukowcy uważają, że tak działa mózg, niektóre połączenia synaptyczne wzmacniają się, podczas gdy inne słabną, i uważa się, że w ten sposób preferencyjnie zapamiętujemy niektóre rzeczy, jak się uczymy i tak dalej”.
Gizchina Wiadomości tygodnia
Według zespołu Nano Net może przechowywać informacje w pamięci. Jest to możliwe do tego stopnia, że nie potrzebuje już odnowienia, ponieważ zostało zjednoczone.
Prof. Kuncic dodaje
„To trochę jak różnica między pamięcią długotrwałą i pamięć krótkotrwała w naszych mózgach… Jeśli chcemy coś zapamiętać przez długi czas naprawdę musimy trenować nasze mózgi, aby to utrwalić, w przeciwnym razie po prostu z czasem zanika. Jedno zadanie pokazało, że sieć nanoprzewodów może przechowywać w pamięci do siedmiu elementów na poziomie znacznie wyższym niż szansa bez treningu ze wzmacnianiem i niemal idealną dokładnością po treningu ze wzmacnianiem”.
Technologia nanoprzewodów – nowy trend
Jednym z zastosowań nanotechnologii jest tworzenie połączonych nanosieci. Nanodruty to bardzo cienkie druty o rozmiarach rzędu kilku nm i kilku mikrometrów. Nanoprzewody mają wiele unikalnych właściwości. Niektóre z tych cech to wysoki stosunek powierzchni do objętości, niezwykła przewodność elektryczna i biokompatybilność. Z tych powodów w ostatnich latach przyciągnęły one wiele uwagi.
Jednym z głównych zastosowań tej nowej technologii jest elektronika. Ta sieć może być wykorzystana do stworzenia naprawdę kompaktowego urządzenia o dużej mocy i niskim zużyciu energii. Wysoki stosunek powierzchni do objętości nanodrutów to kolejna kluczowa cecha. Pozwala na upakowanie dużej ilości elementów aktywnych na niewielkiej powierzchni. Dzięki temu idealnie nadają się do tworzenia układów scalonych z częściami o dużej gęstości. Ta technologia umożliwia również tworzenie zaawansowanych technologicznie urządzeń z lepszą zdolnością przewodzenia.
Technologia nanoprzewodów jest również bardzo przydatna w dziedzinie magazynowania energii. Duża powierzchnia nanodrutów umożliwia im magazynowanie większej ilości energii na jednostkę objętości. Ponadto ich wysoka przewodność elektryczna umożliwia szybsze ładowanie i rozładowywanie. Dzięki temu idealnie nadaje się do urządzeń przenośnych i każdego urządzenia, które wymaga szybkiego ładowania lub dużej gęstości energii.
Nanoprzewody są potrzebne nawet w dziedzinie biotechnologii. Są przydatne w diagnostyce medycznej i badaniach. Wynika to z faktu, że można je wykorzystać do wykrywania i monitorowania biomolekuł. Ponadto technologia ta może być również wykorzystywana w dziedzinie fotoniki. Duża powierzchnia nanodrutów umożliwia im interakcję ze światłem w wyjątkowy sposób. Dzięki temu idealnie nadają się do tworzenia urządzeń optycznych, takich jak fotodetektory, ogniwa słoneczne i diody elektroluminescencyjne (LED).
Słowa końcowe
Nanosieci to technologia przyszłości o szerokim zakresie potencjalnych użytkowników. Istnieje również szeroki wachlarz scenariuszy, w których można go dobrze wykorzystać. Eksperci nadal badają potencjalne zastosowania Nanosieci. Jest prawdopodobne, że staną się one ważniejsze w wielu dziedzinach. Spodziewamy się, że za kilka lat ta technologia rozszerzy się na więcej dziedzin. Obecnie coraz więcej marek i ekspertów branżowych koncentruje się na tej technologii.
Źródło/VIA: