הגילוי החדש מצביע על האפשרות לפתח מחשבים ביולוגיים בהשראת המוח – חסכוניים בהרבה באנרגיה ובעלי יכולת לקיים ממשק ישיר עם תאים חיים
מהנדסים מאוניברסיטת מסצ’וסטס אמהרסט פיתחו נוירון מלאכותי המתנהג באופן דומה להפליא לנוירון טבעי. פריצת הדרך מבוססת על מחקר קודם, שבו יצר הצוות ננו־חוטים חלבוניים מחיידקים מייצרי חשמל. הגילוי החדש מצביע על האפשרות לפתח מחשבים ביולוגיים בהשראת המוח – חסכוניים בהרבה באנרגיה ובעלי יכולת לקיים ממשק ישיר עם תאים חיים.
שואי פו(Shuai Fu) , דוקטורנט להנדסת חשמל ומחשבים ב־UMass אמהרסט ומחבר מוביל במחקר שפורסם ב־Nature Communications מסביר: "המוח שלנו מעבד כמות אדירה של נתונים, אך צריכת האנרגיה שלו נמוכה מאוד – במיוחד בהשוואה לחשמל הדרוש להרצת מודלים גדולים של שפה, כמו ChatGPT".
אתגר היעילות
המוח האנושי, המכיל מיליארדי נוירונים האחראים לשידור וקליטת אותות חשמליים, צורך בסך הכול כ־20 ואט – די כדי לבצע פעולות מורכבות כמו כתיבת סיפור. לשם השוואה, מודל שפה גדול עשוי לצרוך מעל מגה־ואט כדי לבצע את אותה המשימה.
למרות עניין רב מצד מהנדסים ביצירת נוירונים מלאכותיים לצורך מחשבים יעילים יותר, הבעיה המרכזית הייתה המתח החשמלי. "גרסאות קודמות השתמשו במתח גבוה פי עשרה – וצריכת חשמל גבוהה פי מאה – לעומת מה שיצרנו," מסביר פרופ’ ג’ון יאו(Jun Yao) , מחבר בכיר במאמר. "המשמעות היא שהן לא היו יעילות, ולא יכלו להתחבר ישירות לנוירונים חיים, שהיו מגיבים בהרתעה למתח גבוה כל כך".
הנוירון החדש נרשם על ערכים נמוכים במיוחד – כ־0.1 וולט – כמעט זהים למתח של הנוירונים בגוף האדם.
יישומים עתידיים
לטכנולוגיה החדשה של פו ויאו עשויים להיות יישומים רבים: החל מתכנון מחשבים ביולוגיים־חקיינים חסכוניים במיוחד, ועד התקנים אלקטרוניים היכולים "לדבר" ישירות עם הגוף.
לדברי יאו: "כיום יש לנו שלל מערכות לבישות לחישה אלקטרונית, אך הן מסורבלות ולא יעילות. בכל פעם שהן קולטות אות מהגוף, הן חייבות להגביר אותו חשמלית כדי שהמחשב יוכל לנתח אותו. שלב הביניים הזה מגדיל את צריכת האנרגיה ואת מורכבות המעגל. חיישנים המבוססים על הנוירונים שלנו, במתח נמוך, יוכלו לפעול ללא צורך בהגברה כלל".
סוד ההצלחה – ננו־חוטי חלבון
המרכיב המהפכני בנוירון החדש הוא ננו־חוט חלבוני שמקורו בחיידק יוצא דופן – Geobacter sulfurreducens , המסוגל גם לייצר חשמל. יאו ועמיתיו השתמשו בעבר בחוטי חלבון אלה כדי לעצב התקנים חסכוניים נוספים, בהם: ביופילם המופעל על ידי זיעה שמספק אנרגיה לאלקטרוניקה לבישה, "אף אלקטרוני" שמסוגל להריח מחלות, ומכשיר הקולט חשמל מהאוויר עצמו.
מקור
“Constructing artificial neurons with functional parameters comprehensively matching biological values”
מאת Shuai Fu ועמיתיו, פורסם ב־Nature Communications ב־29 בספטמבר 2025.
המחקר נתמך על ידי משרד המחקר של הצבא האמריקני(Army Research Office) , הקרן הלאומית למדע של ארה"ב(NSF) , המכון הלאומי לבריאות (NIH) וקרן סלואן.
עוד בנושא באתר הידען:
