Inżynierowie z Northwestern University w USA opracowali sztuczne neurony, które skutecznie wchodzą w interakcję z żywymi komórkami mózgowymi. Wyniki ich badań zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie „Nature Nanotechnology”.
Co stworzono
Nowe urządzenia to sztuczne neurony wykonane metodą aerozolowego druku strumieniowego. Technologia ta polega na precyzyjnym nanoszeniu „atramentu elektronicznego” – specjalnych materiałów do drukowania obwodów elektrycznych – na odpowiednie fragmenty elastycznego podłoża polimerowego. Dzięki temu urządzenia są miękkie i swoimi właściwościami przypominają tkankę biologiczną.
Kluczowym wyróżnikiem tego rozwiązania jest zdolność do generowania złożonych sygnałów elektrycznych, podobnych do tych wysyłanych przez prawdziwe neurony. W przeciwieństwie do większości sztucznych odpowiedników, które wytwarzają proste impulsy, nowe neurony odwzorowują różne rodzaje aktywności: pojedyncze skoki napięcia, serie sygnałów oraz wzorce przerywane.
Jak to działa
Naukowcy wykorzystali specyficzną cechę polimeru jako atut. Zazwyczaj materiał ten jest usuwany z systemów neuromorficznych, ponieważ utrudnia on przepływ prądu. W tym przypadku polimer jest częściowo rozkładany, a pod wpływem płynącego prądu proces ten postępuje w sposób nierównomierny. W efekcie powstaje wąski kanał przewodzący, który generuje gwałtowną odpowiedź elektryczną, naśladującą pracę autentycznego neuronu.
Dowód skuteczności
Aby sprawdzić zdolność sztucznych neuronów do współpracy z żywą tkanką, badacze przetestowali je na skrawkach móżdżku myszy. Sygnały elektryczne ze sztucznych neuronów wywoływały reakcję u tych prawdziwych – były one zbieżne nie tylko w czasie, ale także pod względem kształtu impulsów. Oznacza to, że urządzenia te faktycznie potrafią inicjować aktywność w obwodach neuronowych.
Zalety technologii
Wydrukowane neurony charakteryzują się wysoką efektywnością energetyczną. Dzięki różnorodności sygnałów pojedynczy neuron tego typu może zakodować więcej informacji niż standardowe sztuczne neurony w dzisiejszych systemach obliczeniowych. Pozwala to zmniejszyć liczbę potrzebnych komponentów oraz zużycie energii w porównaniu z najnowszymi modelami sztucznej inteligencji, które wymagają ogromnej mocy obliczeniowej.
Technologia druku redukuje ilość odpadów, ponieważ materiały są nakładane wyłącznie tam, gdzie jest to niezbędne. Urządzenia są przy tym stosunkowo tanie i proste w produkcji.
Zastosowania w przyszłości
Autorzy pracy uważają, że drukowane neurony mogą stać się fundamentem dla:
- nowoczesnych interfejsów mózg-komputer;
- neuroprotez służących do przywracania słuchu, wzroku lub sprawności ruchowej;
- systemów obliczeniowych działających na zasadach zbliżonych do ludzkiego mózgu.
Technologie zdolne do bezpośredniej interakcji z neuronami mogą przyspieszyć proces integracji żywych tkanek z systemami elektronicznymi. Urządzenia przestaną być postrzegane jako „zewnętrzne” względem ciała i zaczną funkcjonować jako przedłużenie układu nerwowego. Zmieni to podejście do leczenia schorzeń neurologicznych oraz regeneracji funkcji organizmu.
Nowe neurony potrafią kodować więcej informacji na poziomie pojedynczego elementu, co potencjalnie zmniejsza całkowitą liczbę komponentów w systemie. Otwiera to drogę do tworzenia mniejszych i tańszych urządzeń. Jeśli technologia ta zostanie odpowiednio wyskalowana, skomplikowane obliczenia mogą stać się bardziej dostępne dla sektora medycznego i małych firm. W rezultacie sztuczna inteligencja może szybciej wyjść poza ramy wielkich korporacji technologicznych.
Kontekst: dlaczego jest to teraz tak istotne
Sztuczna inteligencja pochłania coraz więcej energii: rozrost modeli i baz danych zwiększa obciążenie centrów danych, systemów chłodzenia oraz sieci energetycznych. Staje się to wyzwaniem nie tylko technologicznym, ale i ekologicznym.
W tradycyjnej elektronice efektywność energetyczną poprawia się poprzez zwiększanie liczby tranzystorów i optymalizację architektury układów, jednak podejście to stopniowo napotyka na bariery fizyczne i ekonomiczne. Naukowcy poszukują alternatyw, inspirując się ludzkim mózgiem – jednym z najbardziej energooszczędnych „urządzeń obliczeniowych”, zdolnym do przetwarzania złożonych danych przy minimalnym zużyciu energii. Próby odtworzenia mechanizmów działania mózgu w elektronice nazywa się obliczeniami neuromorficznymi.
Takie koncepcje opuszczają już laboratoria. W lutym 2026 roku w Teksasie otwarto centrum, w którym do obliczeń wykorzystuje się systemy naśladujące działanie neuronów.
Opisany wynalazek stanowi ważny krok w rozwoju interfejsów mózg-komputer oraz systemów obliczeniowych nowej generacji, łącząc osiągnięcia bioinżynierii, elektroniki i neuronauki.
