南加州大学维特比工程学院的约书亚・杨教授团队,最近搞出个能让AI“省电”的新东西,基于离子扩散的人工神经元。就一个晶体管,居然能复现大脑神经元的电化学...
2025-11-01 0
编辑:香瓜
你敢信?电子脑居然能跟活细胞“悄悄话”了!
在我们人类文明的发展史中,机器的出现无疑是里程碑式的事件。时至今日,人类和机器的边界正在模糊,我们早已不满足于只是简单地操作和使用机器,而是在尝试将自身与机器直接联系在一起。而这一切,少不了人工神经元的帮助。
南加州大学维特比工程学院与先进计算学院的研究团队成功构建出能在物理层面真实再现脑细胞电化学活动的人工神经元。
这项研究标志着我们向更高能效的类脑硬件迈出重要一步,此类硬件未来或可支撑人工通用智能的发展。
过去的科学家们曾尝试制造人工神经元,但那些装置需要高电压才能启动。而生物细胞间的交流,更像是低声细语。这让真正的“人机融合”始终是个遥远的梦。
既然“硅”这条路走得如此艰难,那么,有没有可能为智能找到一种全新的物质载体,一种新的“肉身”?答案,或许就藏在澳大利亚的一滴液体,和美国的一捧泥土里。
在澳大利亚,艾玛·陈博士带领的团队花了整整五年时间,给出了他们的答案:一款名为NeuroFlow1.0的微型流体芯片。这个项目的背后,是一种极致的工程学思维——用人类最擅长的秩序和逻辑,去复刻大脑的混沌与智能。
他们选择的材料并非什么天外奇物,而是导电的离子液体。这些液体被巧妙地注入到一个三层结构的微流控通道里。想象一下,这就是一个人造的、极其微缩的血管网络。
它的工作原理听起来像物理课本里的知识:通过施加电信号,精确控制这些液体的流动状态。液体流得快一点或慢一点,通道的电阻就会随之改变。这个过程,恰好完美模拟了生物神经元之间连接强度(即突触权重)的动态调整。
这种设计的核心目标非常明确:为了计算,为了效率。在仅有1立方毫米的微小空间里,他们塞进了16万个人工神经元和400万个突触连接。这个流体大脑不仅具备“边学习边计算”的本领,其决策速度在处理动态路径规划任务时,是高端GPU的三倍。
更惊人的是能耗。整个芯片的功耗低至2.5毫瓦。在处理经典的MNIST手写数字集时,准确率高达98.2%,能耗却比传统的卷积神经网络方案降低了足足85%。
面对路径规划这种复杂任务,它的功耗更是只有GPU方案的二十分之一。这本质上,是用一种全新的物理学,给计算性能带来了降维打击。
而在大洋彼岸的美国,马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究员们,则走向了另一个极端。他们没有选择工程学上的“秩序”,而是选择了生命本身的“亲和”。他们的灵感,源自一种在缺氧环境里才能存活的微生物——“硫还原地杆菌”。
听起来有点不可思议,但他们真的从这种不起眼的微生物中,提取出了一种天然的导电蛋白质纳米线。这种材料,简直就是为模仿神经元而生的。
它天生就具备离子交换的能力,这正是生物神经元产生电信号的核心机制。更重要的是,它极度“温柔”。工作电压只有0.1伏特左右,几乎与真实生物神经元的能耗水平完全一致,彻底解决了过去人造神经元“嗓门太大”无法与细胞交流的尴尬。
这个蛋白质神经元不仅能精准复现生物神经元从充电、爆发到静息的全过程,甚至还成功复刻了“不应期”——也就是神经元放电后强制休息的那一小段时间。这个机制保证了生物信号的有序传递,避免了混乱。
它的目标,从一开始就不是单纯为了“计算”,而是为了“沟通”。在一项关键实验中,研究人员将它与活体心肌细胞放在一起。当心肌细胞因药物刺激而改变跳动节律时,这个人工神经元竟然能感知到这种变化,并主动调整自身的放电频率,与之“同频呼吸”。这不再是被动监听,而是真正意义上的双向互动。
这两项突破的背后,是两种截然不同的创新逻辑。
在全球半导体赛道上,面对中美两强的激烈竞争,澳大利亚选择了一条“非传统”的路线,试图在神经形态计算这个新兴领域实现“弯道超车”。这背后,既有国家战略的宏大叙事,也有服务于本国矿业、农业等传统产业智能化转型的现实需求。
为此,澳大利亚联邦及州政府联手投入了超过1.7亿澳元的专项资金,企业界也跟投了3000万澳元。这是一个典型的“政府-企业-高校”三方协同模式。
项目依托国家级重点实验室,并积极从麻省理工学院这样的世界顶尖学府引进人才,整合了澳大利亚在微流控和纳米制造领域的深厚研究基础,目标明确,集中力量办大事。
相比之下,美国的蛋白质神经元则更像是一个“自下而上”的惊喜,是基础科学研究带来的一份意外馈赠。
它的诞生,并非源于某个宏大的国家计划,而仅仅是出于科学家对一种不起眼微生物的好奇心。正是对“硫还原地杆菌”的深入探索,才意外揭示了其蛋白质纳米线的导电潜力。
这是一个典型的大学实验室成果,通过在顶级学术期刊《自然·通讯》上发表论文而引发全球关注。它的驱动力是纯粹的科学好奇心,其突破来自于对一种材料本身颠覆性的认知,而非一项庞大的工程计划。
尽管路径不同,这两种技术却不约而同地指向了一个人机共生的未来。它们都将极大延长可穿戴设备、物联网传感器的续航时间,让智能真正融入我们的生活,变得更“无感”。它们也都怀揣着同一个终极愿景:创造出像人脑一样既聪明又节能的新型计算机。
但它们的具体应用场景,却展现出清晰的分野。
澳大利亚的流体芯片,更像一个高效的“数字大脑”。它的优势在于处理数字世界的任务,比如图像识别和路径规划,用远低于传统芯片的能耗,实现超越性的性能。
而美国的蛋白质神经元,则更倾向于成为一座“血肉桥梁”。它天然的生物相容性,使其可以直接用于医疗领域。无论是为帕金森病、脊髓损伤患者提供功能替代方案,还是用来提升假肢的精密度控制,它都在试图修复和增强我们自己的身体。
当然,我们也必须正视一个终极拷问。当技术发展到可以让机械装置与生命组织无缝沟通时,“黑客入侵大脑”这种科幻场景,离现实还有多远?当“大脑固件版本”成为一个可以讨论的概念时,我们又该如何定义“人”的边界?
无论是澳大利亚的流体工程,还是美国的蛋白质生物学,都成功地为人工智能找到了超越硅基的物质形态。前者,是一个高效的“计算义体”。后者,则是一个亲和的“修复器官”。
这并非两条永不相交的平行线,而更像是未来智能图景的两块关键拼图。它们的结合,或许将催生出一个既能高效处理海量数字信息,又能与生命世界无缝共融的全新智能时代。通往未来的大门,已经被这两种截然不同的物质哲学悄然推开。
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