Інженери Північно-Західного університету США розробили штучні нейрони, які успішно взаємодіють із живими клітинами мозку. Результати дослідження опубліковано у престижному журналі Nature Nanotechnology.
Що саме було створено
Нові пристрої — це штучні нейрони, виготовлені за допомогою аерозольного струменевого друку. Ця технологія передбачає нанесення спеціального «електронного чорнила» для друку електричних схем точно на визначені ділянки гнучкої полімерної основи. Завдяки такому підходу пристрої виходять м'якими та за своїми фізичними властивостями наближеними до біологічних тканин.
Ключовою відмінністю розробки є здатність генерувати складні електричні сигнали, подібні до тих, що використовують реальні нейрони. На відміну від більшості штучних аналогів, які створюють лише прості імпульси, нові нейрони відтворюють різні типи активності: поодинокі сплески, серії сигналів та переривчасті патерни.
Як це працює
Вчені використали особливість полімеру як перевагу. Зазвичай у нейроморфних системах цей матеріал видаляють, оскільки він перешкоджає проходженню струму. У цьому ж випадку полімер частково розкладають, а під час проходження струму він продовжує руйнуватися нерівномірно. В результаті формується вузький провідний канал, що створює різкий електричний відгук, схожий на роботу справжнього нейрона.
Доказ ефективності
Щоб перевірити працездатність штучних нейронів із живою тканиною, дослідники протестували їх на зрізах мозочка миші. Електричні сигнали від штучних нейронів викликали реакцію у справжніх нейронів — вони збігалися не лише за часом, а й за формою імпульсів. Це означає, що пристрої справді можуть запускати активність нейронних ланцюгів.
Переваги технології
Надруковані нейрони вирізняються високою енергоефективністю. Завдяки різноманіттю сигналів один такий нейрон здатен кодувати більше інформації, ніж звичайні штучні нейрони в сучасних обчислювальних системах. Це зменшує кількість необхідних компонентів та енерговитрати порівняно з останніми моделями ШІ, що потребують величезних обчислювальних потужностей.
Технологія друку скорочує кількість відходів, оскільки матеріали наносяться лише там, де це необхідно. Пристрої виходять відносно недорогими та простими у виробництві.
Застосування у майбутньому
Автори роботи вважають, що друковані нейрони можуть стати основою для:
- нових нейроінтерфейсів;
- нейропротезів для відновлення слуху, зору або руху;
- обчислювальних систем, що працюють за принципами, близькими до людського мозку.
Технології, здатні напряму взаємодіяти з нейронами, можуть прискорити зближення живих тканин та електронних систем. Пристрої перестануть бути «зовнішніми» щодо тіла і працюватимуть як продовження нервової системи. Це змінить підхід до лікування неврологічних захворювань та відновлення функцій організму.
Нові нейрони здатні кодувати більше інформації на рівні окремого елемента, що потенційно зменшує загальну кількість компонентів у системі. Це відкриває шлях до створення більш компактних і доступних за ціною пристроїв. У разі масштабування технології складні обчислення можуть стати доступнішими для малого бізнесу та сфери охорони здоров'я. Як наслідок, штучний інтелект зможе швидше вийти за межі лише великих технологічних компаній.
Контекст: чому це важливо зараз
Штучний інтелект потребує дедалі більше енергії: зростання моделей і обсягів даних збільшує навантаження на дата-центри, системи їхнього охолодження та енергомережі. Це стає не лише технологічною, а й екологічною проблемою.
У класичній електроніці енергоефективність підвищують завдяки збільшенню кількості транзисторів та оптимізації архітектури чипів, проте цей підхід поступово впирається у фізичні та економічні обмеження. Вчені шукають альтернативи, надихаючись біологічним мозком — одним із найбільш енергоефективних «обчислювальних пристроїв», здатним обробляти складну інформацію за вкрай низького енергоспоживання. Спробу відтворити принципи роботи мозку в електроніці називають нейроморфними обчисленнями.
Такі підходи вже виходять за межі лабораторій. У лютому 2026 року в Техасі відкрився центр, де для обчислень використовують системи, що імітують роботу нейронів.
Ця розробка знаменує важливий етап у розвитку нейроінтерфейсів та енергоефективних обчислень нового покоління, поєднуючи досягнення біоінженерії, електроніки та нейронауки.
