人工离子神经元可用于未来的电子记忆

从人脑的运作中获取灵感来研发电子产品，是全世界工程师都关注的领域。这一次，研究人员进行了理论分析，利用离子作为神经细胞携带的信息来开发人工神经元。该装置利用石墨烯制作纳米狭缝，利用单层水在狭缝中传输离子，与神经元具有相同的传输能力。相关论文发表在最新一期《科学》杂志上。

可以说，没有任何人工设备比人脑效率更高，人脑可以完成许多复杂的任务，但每天只消耗两根香蕉。它的高效率依赖于它的基本单位——神经元。神经元有一层带有纳米孔的膜，称为离子通道，它根据接收到的刺激而打开和关闭，产生的离子流会产生电流，负责发出动作电位(可以激发细胞受到刺激时基于静息电位产生的电位变化过程)，这是一种允许神经元相互交流的信号。

当然，人工智能(AI)也能完成所有这些任务，但代价是——AI的能耗是人脑的几万倍。

有鉴于此，法国国家科学研究中心和巴黎高等师范学院的科学家将整个研究挑战放在设计一个像人脑一样节能的电子系统上。例如，信息是通过使用离子而不是电子来携带的。科学家们认为，纳米流体学提供了许多观点，纳米流体学研究流体在宽度小于100纳米的通道中的行为。

在新的实验中，研究团队构建了一个人工神经元原型，它由包含单层水分子的极薄石墨烯狭缝组成。研究人员已经证明，来自这层水的离子在电场的作用下可以聚集成细长的团簇，并产生一种叫做忆阻器效应的特性：这些团簇可以保留过去接收到的一些刺激，石墨烯狭缝再现离子通道、团簇和离子流，以供与大脑进行比较。利用理论和数字工具，研究人员展示了如何组装这些簇来模拟动作电位发射的物理机制，从而模拟信息的传输。

研究人员表示，他们目前的目标是通过实验证明这种系统可以实现简单的学习算法，并在此基础上，这种算法可以为未来的电子记忆铺平道路。

多年来，科学家们一直希望创造一个类似人脑的电子系统，但他们的研究点不同。例如，大量研究通过模拟人脑处理信息的机制，设计了规模和层次不断增加的人工神经网络。在上述研究中，科学家们专注于让人工神经元像人脑神经元一样节能。相信这些不同角度的研究成果最终会融合在一起，带来更高效、更强大的人工智能。