מהנדסים מאוניברסיטת נורת'ווסטרן בארצות הברית פיתחו נוירונים מלאכותיים המקיימים אינטראקציה מוצלחת עם תאי מוח חיים. תוצאות המחקר פורסמו בכתב העת היוקרתי Nature Nanotechnology.
מה נוצר
ההתקנים החדשים הם נוירונים מלאכותיים המיוצרים באמצעות הדפסת סילון אירוסול. הטכנולוגיה כוללת מריחה של "דיו אלקטרוני" — חומרים מיוחדים להדפסת מעגלים חשמליים — בדיוק על האזורים הנדרשים בבסיס פולימרי גמיש. בזכות כך, ההתקנים מתקבלים רכים וקרובים בתכונותיהם לרקמות ביולוגיות.
ההבדל המרכזי בפיתוח הוא היכולת לייצר אותות חשמליים מורכבים, הדומים לאלו שמשמשים נוירונים אמיתיים. בניגוד לרוב המקבילות המלאכותיות, היוצרות דחפים פשוטים, הנוירונים החדשים משחזרים סוגים שונים של פעילות: התפרצויות בודדות, סדרות של אותות ותבניות מקוטעות.
איך זה עובד
המדענים השתמשו בתכונה של הפולימר כיתרון. בדרך כלל, חומר זה מוסר במערכות נוירומורפיות מכיוון שהוא מפריע למעבר הזרם. במקרה זה, הפולימר מתפרק חלקית, וכאשר מעבירים דרכו זרם, הוא ממשיך להתפרק בצורה לא אחידה. כתוצאה מכך נוצר ערוץ מוליך צר, היוצר תגובה חשמלית חדה הדומה לפעולתו של נוירון אמיתי.
הוכחת יעילות
כדי לבדוק את תקינות פעולתם של הנוירונים המלאכותיים עם רקמה חיה, החוקרים בחנו אותם על חתכים של מוחון עכבר. האותות החשמליים מהנוירונים המלאכותיים עוררו תגובה בנוירונים אמיתיים — הם תאמו לא רק בזמן, אלא גם בצורת הדחפים. המשמעות היא שההתקנים אכן יכולים להפעיל פעילות של מעגלים עצביים.
יתרונות הטכנולוגיה
הנוירונים המודפסים מתאפיינים ביעילות אנרגטית גבוהה. בזכות מגוון האותות, נוירון אחד כזה מסוגל לקודד יותר מידע מאשר נוירונים מלאכותיים רגילים במערכות חישוב מודרניות. הדבר מפחית את מספר הרכיבים הנדרשים ואת צריכת האנרגיה בהשוואה למודלים האחרונים של בינה מלאכותית, הדורשים עוצמות חישוב עצומות.
טכנולוגיית ההדפסה מפחיתה את כמות הפסולת, שכן החומרים מיושמים רק היכן שצריך. ההתקנים מתקבלים זולים יחסית ופשוטים לייצור.
יישום בעתיד
מחברי המחקר סבורים כי נוירונים מודפסים יכולים להוות בסיס ל:
- ממשקי מוח-מחשב חדשים;
- נוירו-פרוטזות לשיקום שמיעה, ראייה או תנועה;
- מערכות חישוב הפועלות לפי עקרונות הקרובים למוח האנושי.
טכנולוגיות המסוגלות לקיים אינטראקציה ישירה עם נוירונים עשויות להאיץ את ההתקרבות בין רקמות חיות למערכות אלקטרוניות. ההתקנים יפסיקו להיות "חיצוניים" ביחס לגוף ויפעלו כהמשך של מערכת העצבים. זה ישנה את הגישה לטיפול במחלות נוירולוגיות ולשיקום תפקודי הגוף.
הנוירונים החדשים מסוגלים לקודד יותר מידע ברמת הרכיב הבודד, מה שפוטנציאלית מפחית את המספר הכולל של הרכיבים במערכת. זה סולל את הדרך להתקנים קומפקטיים וזולים יותר. אם הטכנולוגיה תעבור קנה מידה, חישובים מורכבים עשויים להפוך לנגישים יותר עבור עסקים קטנים ורפואה. כתוצאה מכך, בינה מלאכותית עשויה להתפשט מהר יותר אל מעבר לחברות הטכנולוגיה הגדולות.
הקשר: מדוע זה חשוב כעת
בינה מלאכותית דורשת יותר ויותר אנרגיה: צמיחת המודלים והנתונים מגדילה את העומס על מרכזי הנתונים, על קירורם ועל מערכות האנרגיה. הדבר הופך לא רק לבעיה טכנולוגית, אלא גם לבעיה סביבתית.
באלקטרוניקה קלאסית משפרים את היעילות האנרגטית באמצעות הגדלת מספר הטרנזיסטורים ואופטימיזציה של ארכיטקטורת השבבים, אך גישה זו נתקלת בהדרגה במגבלות פיזיות וכלכליות. מדענים מחפשים חלופות בהשראת המוח הביולוגי — אחד מ"התקני המחשוב" היעילים ביותר מבחינה אנרגטית, המסוגל לעבד מידע מורכב בצריכת אנרגיה נמוכה ביותר. הניסיון לשחזר את עקרונות הפעולה של המוח באלקטרוניקה מכונה מחשוב נוירומורפי.
גישות כאלה כבר יוצאות מחוץ לגבולות המעבדות. בפברואר 2026 נפתח בטקסס מרכז שבו משתמשים למחשוב במערכות המחקות את פעולת הנוירונים.
פיתוח זה מסמן שלב חשוב באבולוציה של ממשקי מוח-מחשב ומחשוב חסכוני באנרגיה מהדור החדש, תוך שילוב הישגים מתחומי הביו-הנדסה, האלקטרוניקה ומדעי המוח.
