Нервную ткань и вычислительный материал заставили обмениваться сигналами на одном ионном языке. Команда из Китая описала в Nature Electronics мягкий нейроморфный процессор на основе многокомпонентного геля, который подключили к перерезанному седалищному нерву крысы. Живые нервные импульсы управляли обработкой сигналов внутри материала.
В обычной электронике информацию переносят электроны, а в новой системе вычисления строятся на движении ионов, как во многих процессах живой ткани. Гель состоит из нескольких фаз с разными химическими свойствами. На границах между ними ионы задерживаются и высвобождаются с разной скоростью, поэтому материал сохраняет след предыдущих импульсов.
Каскад таких границ работает как набор ионных ловушек. Их состояние меняет прохождение следующих сигналов, благодаря чему устройство воспроизводит кратковременную и долговременную память, а также пластичность, то есть способность менять отклик с учётом прошлых импульсов. Ранее похожую задачу решал искусственный нейрон, но здесь обработка происходит внутри мягкой ионной среды.
Авторы получили коэффициент ионного выпрямления выше 10³, то есть ток проходил в одном направлении намного легче, чем в обратном. Минимальное энергопотребление составило 0,61 пДж на импульс. В отличие от классического цифрового процессора, состояния искусственного синапса формирует сама динамика ионов, а не программная модель на отдельном вычислительном блоке.
Самый показательный опыт провели на живом животном. Процессор соединили с перерезанным седалищным нервом крысы, и импульсы биологических нейронов меняли состояния искусственной системы. Устройство, в свою очередь, перестраивало проходящие нервные сигналы. Получилась биогибридная цепь, где нейроморфный процессор работает непосредственно с активностью живого нерва.
Работа пока остаётся лабораторной демонстрацией, а не способом лечения повреждённых нервов. Авторы показали перенастройку сигналов, но не восстановление функции конечности и не готовый имплант для человека. Главный результат заключается в другом: мягкая вычислительная среда умеет принимать биологические импульсы и обрабатывать их по принципам, близким к работе синапсов.