Нейроморфные системы все активнее проникают в нашу обыденную реальность

Красные листья мухоловки схлопываются по сигналу бионических электродов.

Можно ли извне управлять смыканием мясистых листьев Венериной мухоловки (Dionaea muscipula; от mus – муха), усыпанных изнутри острыми волосками? Эти волоски буквально пронзают залетевшую на красный цвет цветка муху. Вопрос положительно решен специалистами университета в шведском г. Норчепинг. Результаты исследования опубликованы в журналах Nature и Nature Communications.

Шведские исследователи исходили из того, что органические материалы для передачи сигналов в живых организмах предпочтительнее кремния, используемого в электронной промышленности уже три четверти века. Второй отправной точкой было стремление создать искусственный нейрон, который будет смыкать листья-створки плотоядного растения. Работа шведов лежит в русле разработок нейроморфических систем. Они призваны повысить интеллектуальный уровень так называемых мягких (soft) роботов, сделать практичной носимую электронику и улучшить протезирование. Последнее крайне актуально в связи с автомобилизацией планеты и, как следствие, повышенным риском травматизации людей.

Электрический сигнал, подгоняющий пузырьки-везикулы с нейромедиаторами, например адреналином, в направлении синапса (точки контакта двух нервных клеток), генерируется в теле нейрона и уходит по отростку – аксону. По ходу сигнала в анатомических структурах, называемых перехватами Ранвье, происходит выброс ионов калия и поглощение из среды ионов натрия. Этот ток ионов поддерживает распространение импульса. Для решения задачи шведы использовали С-материалы на основе углерода. Электронный транспорт обеспечивал полибензимидазо-бензофенатролин (BBL), а движение дырок – гликозилированный («осахаренный») политиофен (Р2ТТ). Частица «тио» в названии означает серу, которая легко отдает и принимает электроны.

Помимо этого при изготовлении органических нервов использовались РЕТ (полиэтилентерефталат, из которого делают пластиковые бутылки), а также серебро, электролит и изолирующий материал. Полученные электрохимические нейроны из органики, генерирующие импульсные скачки, получили сокращенное название ОЕСN. Они представляют собой транзистор с базой, срабатывающий при напряжении всего 0,6 вольта. При этом его емкость, как и емкость нейронной мембраны, определяет частоту и скорость распространения сигнала.

Полученные аналоги нейронов весьма гибки и при этом имеют менее сложное строение, нежели их кремниевые аналоги. В качестве демонстрации возможностей органических нейронов ученые интегрировали их с растением мухоловка. Полученная бионическая конструкция «ловила мух» даже без раздражения волосков на поверхности листьев, по желанию экспериментаторов.

Голубая компьютерная паутина, сплетенная искусственным интеллектом на стенах помещения.  Фото Physorg

С противоположного, можно сказать, полюса подошла к проблеме международная команда, в работе которой приняли участие специалисты университетов Тарту и провинции Хэнань, Британской Колумбии и Ванкувера, Торонто и Нью-Йорка, а также Луисвиля. Эта бригада ученых осуществила ЭЭГ-мониторинг мозга 87-летнего эпилептика, получившего при падении большую гематому, сдавившую мозг, отчего он и умер. Подробности исследования изложены в статье в журнале Frontiers of Aging Neuroscience.

Авторы зафиксировали 900 секунд ЭЭГ-активности мозга, которая некоторое время продолжалась после остановки сердца. Уже после этого на первый план вышла гамма-активность, волны которой связывают с умственной деятельностью, вынесением решений и памятью. Ученые надеются продолжить работу, поскольку кроме этического аспекта она может иметь чисто практическое, связанное с трансплантацией органов значение. Ведь сердце и почки «живут» довольно долго после констатации смерти.

Специалисты цюрихского Политеха в области искусственного интеллекта (AI) разработали новую платформу «смешанной реальности» (Mixed Reality). Речь идет о придаче различным устройствам способности «осознавать» свое окружение с помощью пространственной компьютерной обработки среды. В качестве иллюстрации ученые привели Mixed Reality изображение «паутины», которую искусственный интеллект сплел вокруг предметов мебели одной из комнат. При этом плотность паутины соответствует размерности мебельных элементов, в то время как гладкий, не загроможденный ничем пол почти не привлек интереса AI. Это в какой-то мере сходно с функцией HoloLens – голографических очков, с помощью которых строится голограмма места.

Авторы новой платформы считают, что она может пригодиться при разработке программ движения роботов в замкнутых помещениях, планировании различных миссий по спасению людей, контроле смысла жестов глухонемых в отсутствие сурдопереводчиков, а также подводной и подземной телекоммуникации. Работа также демонстрирует реальность создания новых BCI на основе смешанной реальности и углубление взаимодействия человека с роботами.