Напомним, что в прошлом веке произошел индустриальный переворот - человечество перешло от ламповых схем на полупроводниковые микросхемы. Это позволило уменьшить размеры электронных устройств в миллионы раз и увеличить их быстродействие. Нижегородские ученые предлагают перейти от нынешних микросхем к нейроподобным, которые имитируют работу человеческого мозга. Причем такие схемы будут совместимы с человеческим мозгом, иметь размеры с пылинку и обладать огромной скоростью обработки информации.
По словам кандидата физико-математических наук Алексея Михайлова, еще в прошлом веке люди пытались повторить природу, что позволило бы во много раз ускорить обработку информации и уменьшить размеры устройств. Но в то время не было подходящих элементов, имитирующих работу нейрона. Их появление профессор Калифорнийского университета Леон Чуа предсказал еще в 1971 году, но создать удалось совсем недавно. Они получили название мемристоры.
- Это своего рода "сэндвич" со слоями металл - диэлектрик - металл, - пояснил Алексей Михайлов. - Два электрода, а между ними особая среда, сопротивление которой меняется под воздействием электрического сигнала. Причем это изменение происходит очень быстро и сохраняется сколь угодно долго. Такое изменение сопротивления делает мемристор аналогом синапса - так называют природный контакт в мозге двух нейронов.
Нижегородцы выиграли мегагрант, в котором участвуют около ста человек с разных факультетов университета, и оформили международную заявку на изобретение чипа, основанного на симбиозе мемристоров и живых нейронных сетей. Это так называемый "мозг на чипе". Как же он "думает"?
- Представьте робота, которому мы хотим подарить "мозг на чипе", - объясняет Михайлов. - Чтобы создать такой искусственный мозг, мы выращиваем в пробирке культуру клеток мозга мыши, нейроны с аксонами и дендритами. Эта сеть соединена с сетью мемристоров. Такой "мозг на чипе" вставляем роботу. И если, скажем, он увидел препятствие, то культура клеток реагирует на этот сигнал, а мемристор распознает, что он означает, анализирует и дает команду - повернуть налево или направо. И отправляет роботу соответствующую команду на поворот...
Разработки нижегородских ученых помогут создать биопротезы нового уровня. Ведь мемристивную сеть можно будет вживлять в голову, у нее намного больше быстродействие, она на порядки миниатюрнее: чипы Маска размером с монету, а нижегородский чип будет размером с пылинку. Такую систему можно прикрепить, скажем, к уху, а мемристивная нейронная сеть распознает сигналы мозга, выделенные на фоне шума. Уже созданы прототипы таких устройств, а получение мегагранта ускорит создание серийных образцов.
В этом проекте, поддержанном Российским научным фондом, также участвует Муромский институт Владимирского госуниверситета. Кстати, знаменитый Леон Чуа, предсказавший создание мемристоров, уже не первый год сотрудничает с нижегородцами.