Оптоволокно, работающее как человеческая нервная система

20.04.2022

Ученые из сингапурского Центра прорывных фотонных технологий и британского Исследовательского центра оптоэлектроники создали действующую оптическую модель нейрона. Для этого они воспользовались особыми свойствами аморфного сплава на основе халькогенидов.

По сути, был синтезирован новый вид оптоволокна, способный менять прозрачность. Это дает возможность обеспечить условия распространения оптических сигналов, сходные с теми, которые существуют в человеческом мозге.

Воспользовавшись этим свойством, исследователи добились функциональности, повторяющей механизм распространения сигналов в аксонах и синапсах, тем самым доказав, что оптические аналоги нейронов могут демонстрировать функциональность, аналогичную работе мозга человека.

Оптоволокно для эксперимента было изготовлено из аморфного стекла, представляющего собой сплав сульфида галлия и оксида лантана. Для эмуляции функций химического синапса волокно поочередно облучается сбоку светом с разной длиной волны, вызывая так называемый фотонный синапс. В результате ученым удалось воспроизвести механизм химического распространения сигнала в нейронах.

В своей работе исследователи из Сингапура продемонстрировали ряд оптических аналогов функций мозга. Среди них - удержание состояния покоя и моделирование изменений электрической активности в нервной клетке при ее стимуляции.

Данное исследование может способствовать увеличению скорости и эффективности традиционных компьютерных систем. С появлением в новых версиях компьютеров механизмов адаптации и обучения, они смогут обрабатывать огромные объемы данных с намного меньшими затратами энергии.

Современные компьютеры, моделирующие работу нервных клеток, на 6-9 порядков менее эффективны по сравнению с биологическими системами. Для примера, моделирование пятисекундной работы мозга занимает 500 секунд машинного времени и требует 1,4 мегаватта энергии.

<< Назад: Механическая клавиатура HVER Stealth 20.04.2022

>> Вперед: Беспроводная 100-ваттная зарядка Honor Superfast 19.04.2022

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Планктон Черного моря избавляет Землю от углерода 19.08.2012 Ученые из Центра космических полетов им. Годдарда, НАСА, обнаружили, что Черное море активно поглощает углерод из атмосферы. Исследователи пришли к такому выводу, изучив снимки спутника НАСА Aqua за 15 июля 2012 года. Как выяснилось, по поверхности Черного моря разбросаны колонии микроскопического фитопланктона, скорее всего, одноклеточных 30-мкм водорослей кокколитофорид, которые являются настоящим "насосом", откачивающим углерод из атмосферы. В процессе своей жизнедеятельности кокколитофориды поглощают углерод и превращают его в крошечные пластины из карбоната кальция (кокколиты). После смерти фитопланктона этот известняк опускается на дно и навсегда хоронит углерод. Данный естественный процесс помогает Земле избавляться от избытка СО2, и Черное море является одним из таких хранилищ парникового газа. Благодаря фитопланктону море способно перерабатывать большое количество углекислого газа, который в противном случае оставался в атмосфере, вызывая парниковый эффект. Однако природный процесс может не справиться с деятельностью нашей цивилизации. Ученые обеспокоены растущим окислением океана, которое может нарушить течение естественного биологического процесса. Избыток углекислого газа делает океан более кислым, и при определенных концентрациях углерода кокколитофориды попросту не смогут продолжать свою полезную работу, поскольку процесс кальцификации углерода сильно замедлится. Ученые пытаются понять, как окисление океана может нарушить работу биологического "насоса" и вызвать последующее лавинообразное окисление океанов и морей, включая такое популярное у туристов Черное море.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025