研究者开发低电压人工神经元，功能可媲美生物神经元
马萨诸塞大学阿默斯特分校的工程师们开发出一种人工神经元，其电信号活动与天然脑细胞非常接近。这项创新基于该团队早期利用产电细菌制造蛋白质纳米线的研究。这一新方法可能为以生命系统的效率运行、甚至能与生物组织直接连接的计算机铺平道路。
“我们的大脑处理着海量数据，”该研究的主要作者、马萨诸塞大学阿默斯特分校电气与计算机工程专业的研究生Shuai Fu表示，“但其能耗非常非常低，尤其是在对比运行类似ChatGPT这样的大型语言模型所需的电量时。”
人体以极高的电效率运行——比典型的计算机电路高出100倍以上。仅大脑就包含数百亿个神经元，这些特化细胞在全身发送和接收电信号。在人脑中执行一项任务（如撰写一个故事）仅需大约20瓦的功率，而一个大型语言模型完成同样的事情可能需要超过一兆瓦。
工程师们长期以来一直试图设计人工神经元以实现更节能的计算，但将其电压降至与生物水平匹配一直是一个主要障碍。该研究的资深作者、马萨诸塞大学阿默斯特分校电气与计算机工程副教授Jun Yao指出：“先前版本的人工神经元使用的电压是我们所创造神经元的10倍——功率是100倍。”由于这个原因，早期的设计效率远低得多，并且无法与活体神经元直接连接，后者对更强的电信号很敏感。
“我们的神经元只需0.1伏特的电压，这大约与我们体内的神经元相当。”
这种新神经元具有广泛的应用前景，从基于生物启发、效率高得多的原理重新设计计算机，到可以直接与我们的身体“对话”的电子设备。
“目前我们有各种可穿戴电子传感系统，”Yao说，“但它们相对笨重且效率低下。每次它们从我们的身体感知到一个信号，都必须进行电放大，以便计算机能够分析它。这个中间放大步骤既增加了功耗，也增加了电路的复杂性，但使用我们的低电压神经元构建的传感器可能完全不需要任何放大。”
该团队新型低功耗神经元的秘密成分是一种由非凡的细菌硫还原地杆菌合成的蛋白质纳米线，这种细菌还具有产电的超能力。Yao及其同事们已利用这种细菌的蛋白质纳米线设计了一系列极其高效的设备：一种可以用汗水为个人电子设备供电的生物膜；一种可以“嗅出”疾病的“电子鼻”；以及一种几乎可以用任何材料建造、可以从空气中获取电能的设备。
这项研究得到了陆军研究办公室、某国国家科学基金会、某国国立卫生研究院和阿尔弗雷德·P·斯隆基金会的支持。
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