Исследователи Международной иберийской лаборатории нанотехнологий (INL) разработали микроскопическое устройство, способное обрабатывать информацию подобно человеческому мозгу, но с использованием света вместо электричества. Размером всего 6–10 микрометров, этот полупроводниковый чип из арсенида галлия генерирует ритмичные импульсы под воздействием инфракрасного излучения, имитируя работу биологических нейронов. Технология может стать основой для нового поколения умных устройств, включая роботов с мгновенной реакцией и компактные гаджеты, которые не нагреваются и работают годами на одной батарее.
Как работает фотонный «мозг»
В основе разработки лежит феномен отрицательного дифференциального сопротивления (ОДС), который обычно возникает в сложных электронных схемах. Учёные впервые добились его появления под воздействием ближнего инфракрасного света с длиной волны 830 нанометров. Когда луч попадает на поверхность чипа, структура из нанослоёв арсенида галлия начинает «пульсировать» — ток скачкообразно меняется при увеличении напряжения, создавая устойчивые колебания. Эти ритмичные импульсы, напоминающие активность биологических нейронов, возникают на частоте 350 тысяч раз в секунду и могут управляться интенсивностью света.
Преимущества технологии
- Энергоэффективность: Свет одновременно служит источником данных и «топливом» для вычислений, что минимизирует энергопотери на преобразование сигналов.
- Скорость обработки: Фотонный чип работает в тысячи раз быстрее традиционных электронных нейроморфных систем.
- Компактность: Устройство размером с пылинку легко интегрируется в различные системы.
- Стабильность: В экспериментах чип демонстрировал стабильную работу даже после 1000 циклов, имитируя процессы возбуждения и торможения в нервной системе.
Применение технологии
Фотонный нейрон совместим с существующими оптоэлектронными компонентами, такими как лидары, 3D-камеры и датчики движения. Это открывает широкие возможности для его внедрения:
- Автономные автомобили: Уменьшение задержек в системах машинного зрения для предотвращения аварий.
- Промышленные роботы: Повышение скорости и точности реакций.
- Медицинские импланты: Реализация функций анализа данных в реальном времени.
- Умные гаджеты: Создание компактных устройств с длительным сроком работы без подзарядки.
Перспективы
Учёные подчёркивают, что их разработка может стать ключевым элементом для создания энергоэффективных и высокопроизводительных систем искусственного интеллекта. В будущем такие фотонные чипы могут быть использованы для разработки умных контактных линз, анализирующих окружение в реальном времени, или дронов, способных мгновенно реагировать на изменения в окружающей среде.
