マサチューセッツ大学アマースト校の研究者らが、電気を生成する細菌由来のタンパク質ナノワイヤーを用いた人工ニューロンを開発し、0.1ボルトで自然な脳細胞を模倣する。この画期的な成果は、生物系との直接通信を可能にし、省エネコンピューティングを約束する。この革新は、ウェアラブルエレクトロニクスや生物模倣コンピュータを変革する可能性がある。
マサチューセッツ大学アマースト校のエンジニアらが、自然な脳細胞の電気活動を再現する人工ニューロンを設計し、Geobacter sulfurreducens菌由来のタンパク質ナノワイヤーで駆動する。2025年10月13日にNature Communicationsに掲載された研究は、このデバイスがわずか0.1ボルトで機能することを強調しており、人間のニューロンの電圧に一致し、従来の人工バージョンが10倍の電圧と100倍の電力を必要としたのに対し優れている。
人間の脳は驚異的な効率で膨大なデータを処理し、物語を書くようなタスクに約20ワットを使用するが、大規模言語モデルであるChatGPTのようなものは類似の操作にメガワット以上を要求する。「私たちの脳は膨大な量のデータを処理します」と、UMassアマースト校の電気・コンピュータ工学の大学院生で研究の筆頭著者であるShuai Fu氏は述べた。「しかし、その電力消費は非常に、非常に低いです。特に、ChatGPTのような大規模言語モデルを動作させるのに必要な電力と比較して。」
この低電圧設計はニューロモーフィックコンピューティングの主要な障壁を克服し、生体組織とのシームレスな統合を可能にし、電力集約型の増幅器を必要としない。「私たちのものは0.1ボルトしか登録せず、それは私たちの体内のニューロンとほぼ同じです」と、電気・コンピュータ工学の准教授で筆頭著者のJun Yao氏は指摘した。以前の試みは、高い電圧に対する感度のため、生物学的ニューロンとの直接接続に失敗していた。
潜在的な応用には、生体システムのように動作する生物模倣コンピュータや先進的なウェアラブルデバイスが含まれる。例えば、センサーは汗で生成された電力で動作したり、空気から電力を収穫したりでき、複雑さとエネルギー消費を増大させる増幅ステップを排除する。研究はYao氏のチームの以前の仕事に基づいており、汗駆動のバイオフィルムや疾患検出のための「電子鼻」などの効率的なデバイスを開発している。
資金は陸軍研究局、米国国立科学財団、国立衛生研究所、Alfred P. Sloan財団から提供された。