Нанодротові мережі (Nano Net) можуть демонструвати як короткострокову, так і довгострокову пам’ять, подібно до людського мозку. До такого висновку прийшла група експертів на чолі з доктором Алоном Лоффлером з Університету Сіднея. Доктор Алон Лоффлер, який здобув ступінь доктора філософії в Школі фізики, провів дослідження. Наразі дослідження доступне в онлайн-режимі в журналі Science Advances. Однак, група японських експертів також була частиною команди. Для простоти ми будемо використовувати «Nano Net» для позначення «нанодротяної мережі» в більшості частин статті

Про роботу доктор Лоффлер сказав:

У цьому дослідженні ми виявили, що когнітивні функції вищого порядку, які ми зазвичай асоціюємо з людським мозком, можуть бути емульовані в небіологічному обладнанні. Наша робота ґрунтується на наших попередніх дослідженнях, в яких ми показали, як нанотехнології можуть бути використані для створення електричного пристрою, натхненного мозком, з нейронною мережею — як схемою, і синапсом — як сигналом. Наша нинішня робота прокладає шлях до відтворення навчання і пам’яті мозку в небіологічних апаратних системах і припускає, що в основі інтелекту може лежати фізична природа мозку.

Наномережі — це підмножина нанотехнологій, які часто виникають з тонко розташованих, високопровідних, невидимих неозброєним оком мікросрібних дротів, загорнутих у пластиковий матеріал. Дроти моделюють аспекти мережевої фізичної структури людського мозку. Досягнення в галузі наномереж можуть відкрити численні практичні застосування, такі як модернізація роботів або сенсорних систем, які повинні приймати швидкі рішення у випадкових умовах.

Старший автор, професор Зденка Кунчіч з Фізичної школи, сказав:

Ця нанодротяна мережа схожа на синтетичну нейронну мережу, оскільки нанодроти діють як нейрони, а місця, де вони з’єднуються один з одним, схожі на синапси..Замість того, щоб реалізувати якусь задачу машинного навчання, в цьому дослідженні доктор Лоффлер фактично зробив ще один крок вперед і спробував продемонструвати, що нанодротяні мережі демонструють певну когнітивну функцію.

Нанодротяна мережа відповідає середнім можливостям людини

Завдання N-Back, поширений тест на пам’ять, що використовується в дослідженнях людської психології, було використано командою для вивчення можливостей наномережі. Для людини завдання N-Back може передбачати відтворення точного зображення кота з послідовності котячих зображень. Людина може впізнати ту саму картинку, яка була на сім кроків назад, якщо її результат N-Back дорівнює 7 балам — це середній показник для людей. Дослідницька група виявила, що при застосуванні до Nano Net, вона може “пам’ятати” потрібну кінцеву точку в електричному ланцюзі на сім кроків назад. Це означає, що він отримав 7 балів у тесті N-Back, як і середньостатистична людина.

Доктор Лоффлер продовжує:

Ми маніпулювали напругою на кінцевих електродах, щоб змусити шляхи змінитися, замість того, щоб дозволити мережі просто робити свою справу. Ми змусили шляхи йти туди, куди ми хотіли… Коли ми це зробили, точність пам’яті нейронів була набагато вищою і не зменшувалася з часом, що свідчить про те, що ми знайшли спосіб зміцнити провідні шляхи, щоб підштовхнути їх туди, куди ми хочемо, і тоді мережа запам’ятала це. Нейробіологи вважають, що саме так працює мозок: певні синаптичні зв’язки посилюються, а інші послаблюються, і вважається, що саме так ми краще запам’ятовуємо деякі речі, вчимося і так далі.

За словами команди, Nano Net може зберігати інформацію в пам’яті. Це можливо до такої міри, що вона більше не потребуватиме оновлення, оскільки буде уніфікована.

Професор Кунчич додає:

Це схоже на різницю між довготривалою та короткотривалою пам’яттю в нашому мозку..Якщо ми хочемо запам’ятати щось на довгий період часу, нам дійсно потрібно продовжувати тренувати наш мозок, щоб закріпити це, інакше це просто зникає з часом. Одне завдання показало, що мережа нанодротів може зберігати в пам’яті до семи елементів зі значно вищою ймовірністю, ніж випадковість, без тренування з підкріпленням і майже з ідеальною точністю з тренуванням з підкріпленням.

.

Нанодротові технології — новий тренд

Одним із застосувань нанотехнологій є створення пов’язаних наномереж. Нанодроти — це дуже тонкі дроти розміром від декількох нанометрів до декількох мікрометрів. Нанодроти мають багато унікальних властивостей. Деякі з них — це високе співвідношення поверхні до об’єму, незвичайна електропровідність і біосумісність. З цих причин вони привернули до себе багато уваги в останні роки.

Одне з основних застосувань цієї нової технології — в галузі електроніки. Ця мережа може бути використана для створення дійсно компактних пристроїв з високою продуктивністю і низьким енергоспоживанням. Високе співвідношення поверхні до об’єму нанодротів є ще однією ключовою особливістю. Воно дозволяє розмістити велику кількість активних елементів на невеликій площі. Це робить їх ідеальними для створення інтегральних схем з високою щільністю розташування елементів. Ця технологія також дозволяє створювати високотехнологічні пристрої завдяки кращій провідності.

Технологія нанодротів також дуже корисна в галузі зберігання енергії. Велика площа поверхні нанодротів дозволяє їм зберігати більше енергії на одиницю об’єму. Крім того, їхня висока електропровідність пришвидшує час заряджання та розряджання. Це робить їх ідеальними для портативних пристроїв і будь-яких пристроїв, які потребують швидкої зарядки або високої щільності енергії.

Навіть у сфері біотехнологій нанодроти також потрібні. Вони корисні для медичної діагностики та досліджень. Це пов’язано з тим, що їх можна використовувати для виявлення та моніторингу біомолекул. Також ця технологія може бути використана в галузі фотоніки. Висока площа поверхні нанодротів дозволяє їм взаємодіяти зі світлом в унікальний спосіб. Це робить їх ідеальними для створення оптичних пристроїв, таких як фотодетектори, сонячні батареї та світлодіоди (LED).

Завершальні слова

Наносітки — це технологія майбутнього з широким спектром потенційних користувачів. Існує також широкий спектр сценаріїв, в яких вона може бути використана з користю. Експерти продовжують досліджувати потенційні можливості використання наномереж. Цілком ймовірно, що вони стануть більш важливими в широкому спектрі областей. Через кілька років ми очікуємо, що ця технологія пошириться на більшу кількість сфер. Зараз все більше брендів і галузевих експертів звертають увагу на цю технологію.