科学家开发出一种类似大脑行为的纳米设备

（文章来源：万象经验）

加州大学洛杉矶分校的科学家詹姆斯·吉姆泽夫斯基和亚当·斯蒂格是一个国际研究团队的成员，该团队朝着创造思维机器的目标迈进了一大步。在日本国家材料科学研究所的研究人员的带领下，研究小组创造了一种实验装置，该装置显示出类似于大脑学习、记忆、遗忘、清醒和睡眠的某些行为特征。这篇发表在《科学报告》上的论文描述了一个处于不断变化状态的网络。

“这是一个介于有序和混沌之间的系统，处于混沌的边缘。”研究人员说，“该设备以不断进化和变化的方式模仿了人类大脑。它会产生不同类型的行为模式，而且不会重复。”这项研究是沿着这条道路迈出的早期一步，最终可能会导致计算机在物理和功能上类似于大脑机器，它们可能能够解决当代计算机所面临的问题，并且可能比当今的计算机所需要的电能要少得多。

研究人员研究的这个装置是由平均直径只有360纳米的银纳米线缠绕而成的。纳米线被包覆在约1纳米厚的绝缘聚合物中。总的来说，这个装置的面积大约是10平方毫米。纳米线可以在硅片上随机自组装，形成高度互联的结构，与形成大脑皮层的结构非常相似，大脑皮层涉及语言、感知和认知等更高功能。

将纳米线网络与传统电子电路区别开来的一个特点是，电子流过纳米线网络，导致网络的物理结构发生变化。在这项研究中，电流导致银原子从聚合物涂层内迁移，并在两条纳米线重叠处形成连接。这个系统有大约一千万个这样的连接，类似于脑细胞连接和交流的突触。

研究人员将两个电极连接到类似大脑的网状物上，以观察网络的运行情况。他们观察到“紧急行为”，这意味着网络显示出整体特征，而这些特征不能归因于构成网络的各个部分。这是另一个特点，使网络类似于大脑，并将其与传统计算机区分开来。当电流通过网络后，纳米线之间的连接在某些情况下会持续一分钟之久，这类似于大脑的学习和记忆过程。其他时候，在充电结束后，这些连接会突然关闭，模仿大脑的遗忘过程。

在其他的实验中，研究团队发现，当输入的能量较少时，该设备表现出的行为与神经科学家使用功能性核磁共振成像(MRI)拍摄睡眠中的人的大脑图像时所看到的一致。在更大的功率下，纳米线网络的行为与清醒大脑的行为一致。这项研究的合著者斯蒂格说：“我们的方法可能有助于产生既节能又能处理现代计算机极限的复杂数据集的新型硬件。”

纳米线网络的边缘混沌活动不仅类似于大脑内部的信号，而且类似于其他自然系统，如天气模式。这可能意味着，随着进一步的开发，该设备的未来版本可以帮助建立这样复杂的系统模型。在其他的实验中，研究人员已经成功地设计出了一种银纳米线设备，能够根据前几年的交通数据成功地预测洛杉矶交通模式的统计趋势。

由于它们与大脑内部的工作原理相似，未来基于纳米线技术的设备也可以像大脑自身的处理一样展示出能源效率。人脑的用电量大致相当于一个20瓦白炽灯的用电量。相比之下，那些承担大量工作任务的计算机服务器所消耗的能源相当于许多家庭的能源总量，同时还伴随着碳足迹。
（责任编辑：fqj）