매사추세츠 대학교 애머스트(Amherst)의 엔지니어들은 전기적 활동이 자연 뇌 세포의 활동과 거의 일치하는 인공 뉴런을 개발했습니다. 혁신은 전기를 생산하는 박테리아로 만든 단백질 나노와이어를 사용한 팀의 초기 연구를 기반으로 합니다. 이 새로운 접근 방식은 살아있는 시스템의 효율성으로 작동하고 생물학적 조직과 직접 연결할 수도 있는 컴퓨터의 길을 열 수 있습니다.
“우리의 두뇌는 엄청난 양의 데이터를 처리합니다”라고 UMass Amherst의 전기 및 컴퓨터 공학 대학원생이자 이번 연구의 주요 저자인 Shuai Fu는 말합니다. 네이처커뮤니케이션즈. “그러나 전력 사용량은 특히 ChatGPT와 같은 대규모 언어 모델을 실행하는 데 필요한 전력량에 비해 매우 낮습니다.”
인체는 일반적인 컴퓨터 회로보다 100배 이상 뛰어난 놀라운 전기 효율성으로 작동합니다. 뇌에만 수십억 개의 뉴런, 즉 몸 전체에 전기 신호를 보내고 받는 특수 세포가 포함되어 있습니다. 이야기를 쓰는 것과 같은 작업을 수행하는 데는 인간 두뇌의 전력이 약 20와트만 사용되는 반면, 대규모 언어 모델은 동일한 작업을 수행하는 데 1메가와트 이상이 필요할 수 있습니다.
엔지니어들은 오랫동안 보다 에너지 효율적인 컴퓨팅을 위해 인공 뉴런을 설계하려고 노력해 왔지만 생물학적 수준에 맞게 전압을 줄이는 것이 주요 장애물이었습니다. “이전 버전의 인공 뉴런은 우리가 만든 것보다 10배 더 많은 전압과 100배 더 많은 전력을 사용했습니다”라고 UMass Amherst의 전기 및 컴퓨터 공학 부교수이자 논문의 수석 저자인 Jun Yao는 말합니다. 이 때문에 초기 설계는 훨씬 덜 효율적이었고 더 강한 전기 신호에 민감한 살아있는 뉴런과 직접 연결할 수 없었습니다.
Yao는 “우리는 0.1V만 등록하는데 이는 우리 몸의 뉴런과 거의 같습니다”라고 말합니다.
Fu와 Yao의 새로운 뉴런은 생체에서 영감을 받아 훨씬 더 효율적인 원리에 따라 컴퓨터를 재설계하는 것부터 우리 몸과 직접 대화할 수 있는 전자 장치에 이르기까지 광범위한 응용 분야가 있습니다.
Yao는 “현재 우리는 모든 종류의 웨어러블 전자 감지 시스템을 보유하고 있지만 상대적으로 투박하고 비효율적입니다. 신체에서 신호를 감지할 때마다 컴퓨터가 이를 분석할 수 있도록 전기적으로 증폭해야 합니다. 증폭의 중간 단계는 전력 소비와 회로의 복잡성을 모두 증가시키지만 저전압 뉴런으로 구축된 센서는 전혀 증폭 없이 작동할 수 있습니다.”라고 말했습니다.
연구팀의 새로운 저전력 뉴런의 비밀 성분은 주목할만한 박테리아로부터 합성된 단백질 나노와이어이다 지오박터 유황 감소또한 전기를 생산하는 초능력을 가지고 있습니다. Yao는 다양한 동료들과 함께 박테리아의 단백질 나노와이어를 사용하여 매우 효율적인 장치를 설계했습니다. 질병의 냄새를 맡을 수 있는 “전자 코”; 그리고 거의 모든 재료로 만들 수 있고 허공 자체에서 전기를 수확할 수 있는 장치도 있습니다.
이 연구는 육군 연구실, 미국 국립 과학 재단, 국립 보건원 및 Alfred P. Sloan 재단의 지원을 받았습니다.
출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/10/251013040335.htm
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