美國西北大學的工程師研發出一種能與活體腦細胞成功互動的人工神經元。這項研究成果已發表於權威期刊《自然·奈米技術》（Nature Nanotechnology）。
研發成果
這些新裝置是透過氣溶膠噴墨列印技術製成的人工神經元。該技術能將「電子墨水」（用於列印電路的特殊材料）精準地塗佈在柔軟聚合物基底的指定區域。得益於此，這些裝置質地柔軟，其物理特性與生物組織非常接近。
此項開發的關鍵在於其能產生複雜電訊號的能力，這些訊號與真實神經元所使用的訊號高度相似。不同於大多數僅能產生簡單脈衝的人工模擬裝置，這種新型神經元能重現多種活動模式：包括單次脈衝、連續訊號以及間歇性放電模式。
運作原理
科學家巧妙地將聚合物的特性轉化為優勢。在神經形態系統中，這種材料通常會因為阻礙電流通過而被移除。但在本研究中，聚合物會發生部分降解，且在通電時會持續呈現不均勻的分解狀態。這進而形成了一條狹窄的導電通道，能產生與真實神經元運作方式雷同的劇烈電氣反應。
效能驗證
為驗證人工神經元與活體組織的協作能力，研究人員在小鼠的小腦切片上進行了測試。來自人工神經元的電訊號成功引發了真實神經元的反應，兩者不僅在時間點上吻合，脈衝波形也一致。這意味著該裝置確實具有啟動神經網路活動的能力。
技術優勢
這種列印出的神經元具有極高的能源效率。憑藉其訊號的多樣性，單個神經元能比現代運算系統中傳統的人工神經元編碼更多資訊。相較於需要龐大運算能力的最新人工智慧模型，這種方式大幅減少了所需組件的數量與能源消耗。
列印技術能將材料精準應用於必要之處，進而減少廢料產生。這使得裝置的生產成本相對低廉且製程簡便。
未來應用
研究團隊認為，印刷神經元可望成為以下領域的基石：
- 新型腦機介面；
- 用於恢復聽覺、視覺或行動能力的植入式神經支架；
- 基於類人腦原理運作的運算系統。
能與神經元直接互動的技術，可望加速生物組織與電子系統的融合。這類裝置將不再被視為身體的「外來物」，而是能作為神經系統的延伸而運作。這將徹底改變治療神經系統疾病及恢復生理功能的策略。
新型神經元能在單一元件層級編碼更多資訊，潛在降低了系統內部的組件總數。這為開發更輕巧且價格親民的裝置開闢了道路。若此技術能實現規模化，複雜運算將對中小型企業和醫療機構更具親和力。最終，人工智慧將能更迅速地普及至大型科技公司以外的領域。
背景：為何當下至關重要
人工智慧對能源的需求日益增長：模型與數據量的膨脹增加了數據中心、冷卻系統及電網的負荷。這已不僅是技術瓶頸，更演變成環境保護的嚴峻挑戰。
在傳統電子工程中，提升能源效率通常仰賴增加電晶體數量與優化晶片架構，但這種方法正逐漸面臨物理與經濟極限。科學家正從生物大腦中尋求靈感，大腦是最高效的「運算裝置」之一，能以極低功耗處理複雜資訊。這種試圖在電子設備中複製大腦運作原理的研究領域，被稱為神經形態運算。
相關應用已開始走出實驗室。2026年2月，德州成立了一家運算中心，專門使用模仿神經元運作的系統進行處理。
這項研發結合了生物工程、電子學與神經科學的成就，標誌著新一代腦機介面與高效能運算發展的重要里程碑。
