Ingenieurs van de Amerikaanse Northwestern University hebben kunstmatige neuronen ontwikkeld die succesvol communiceren met levende hersencellen. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Nature Nanotechnology.
Wat er is ontwikkeld
De nieuwe apparaten zijn kunstmatige neuronen die zijn vervaardigd met behulp van aerosol-jetprinting. Deze technologie brengt 'elektronische inkt' — speciale materialen voor het printen van elektrische circuits — met grote precisie aan op de gewenste plekken van een flexibele polymeerbasis. Hierdoor zijn de apparaten zacht en lijken ze qua eigenschappen sterk op biologisch weefsel.
Het cruciale verschil in deze ontwikkeling is het vermogen om complexe elektrische signalen te genereren die vergelijkbaar zijn met die van echte neuronen. In tegenstelling tot de meeste kunstmatige tegenhangers die enkel simpele impulsen afgeven, reproduceren deze nieuwe neuronen diverse soorten activiteit: van individuele pieken en series signalen tot onderbroken patronen.
Hoe het werkt
De wetenschappers gebruikten een specifieke eigenschap van het polymeer in hun voordeel. Normaal gesproken wordt dit materiaal uit neuromorfe systemen verwijderd omdat het de stroomdoorgang hindert. In dit specifieke geval wordt het polymeer gedeeltelijk afgebroken, waarna het bij stroomdoorgang onregelmatig blijft desintegreren. Dit resulteert in een smal geleidend kanaal dat een scherpe elektrische respons geeft die de werking van een echt neuron nabootst.
Bewijs van effectiviteit
Om de werking van de kunstmatige neuronen in combinatie met levend weefsel te verifiëren, testten de onderzoekers deze op preparaten van de kleine hersenen van een muis. De elektrische signalen van de kunstmatige neuronen lokten een reactie uit bij de echte neuronen, waarbij niet alleen de timing maar ook de vorm van de pulsen overeenkwam. Dit bewijst dat de apparaten daadwerkelijk de activiteit van neurale netwerken kunnen aansturen.
Voordelen van de technologie
De geprinte neuronen zijn uiterst energie-efficiënt. Dankzij de variatie in signalen kan één enkel neuron meer informatie coderen dan de gebruikelijke kunstmatige neuronen in huidige computersystemen. Dit beperkt het aantal benodigde componenten en verlaagt het energieverbruik ten opzichte van de nieuwste AI-modellen, die enorme rekenkracht vereisen.
De printtechnologie dringt de hoeveelheid afval terug, aangezien materialen uitsluitend worden aangebracht waar dat strikt noodzakelijk is. De geproduceerde apparaten zijn bovendien relatief voordelig en eenvoudig te vervaardigen.
Toekomstige toepassingen
De auteurs van de studie voorzien dat geprinte neuronen de basis kunnen leggen voor:
- nieuwe neurale interfaces;
- neuroprothesen voor het herstel van gehoor, gezichtsvermogen of beweging;
- computersystemen die werken volgens principes die het menselijk brein benaderen.
Technologieën die direct kunnen interageren met neuronen, kunnen de integratie van levend weefsel en elektronische systemen versnellen. De apparaten zullen niet langer als 'extern' aan het lichaam worden beschouwd, maar fungeren als een organisch verlengstuk van het zenuwstelsel. Dit zal een transformatie teweegbrengen in de behandeling van neurologische aandoeningen en het herstel van lichaamsfuncties.
De nieuwe neuronen zijn in staat meer informatie te coderen op het niveau van een enkel element, wat het totale aantal benodigde componenten in een systeem kan terugdringen. Dit maakt de weg vrij voor compactere en goedkopere apparatuur. Indien de technologie wordt opgeschaald, kunnen complexe berekeningen toegankelijker worden voor zowel het midden- en kleinbedrijf als de medische sector. Hierdoor kan AI sneller zijn weg vinden buiten de muren van de grote techreuzen.
Context: waarom dit nu belangrijk is
Kunstmatige intelligentie slokt steeds meer energie op: de groei van modellen en datavolumes verhoogt de druk op datacentra, de koeling ervan en de energienetten. Dit is inmiddels niet alleen een technologische, maar ook een ecologische uitdaging.
In de traditionele elektronica wordt getracht de energie-efficiëntie te verbeteren door meer transistors toe te voegen en chiparchitecturen te optimaliseren, maar deze methode loopt vast op fysieke en economische grenzen. Wetenschappers zoeken naar alternatieven en laten zich daarbij inspireren door het biologische brein — een van de meest energie-zuinige 'rekenmachines' die complexe informatie kan verwerken met een minimaal stroomverbruik. De poging om deze hersenfuncties in elektronica te kopiëren, staat bekend als neuromorf rekenen.
Dergelijke innovaties vinden inmiddels hun weg buiten het laboratorium. In februari 2026 opende in Texas een centrum waar voor berekeningen gebruik wordt gemaakt van systemen die de werking van neuronen simuleren.
Deze ontwikkeling markeert een mijlpaal in de evolutie van neurale interfaces en de volgende generatie energie-efficiënte computers, waarbij de grenzen tussen bio-engineering, elektronica en neurowetenschap vervagen.
