Forskare vid University of Massachusetts Amherst har utvecklat en artificiell neuron med hjälp av protein-nanotrådar från elproducerande bakterier, som fungerar vid endast 0,1 volt för att efterlikna naturliga hjärnceller. Detta genombrott möjliggör direkt kommunikation med biologiska system och lovar energieffektiv databehandling. Innovationen kan omvandla bärbar elektronik och bioinspirerade datorer.
Ingenjörer vid University of Massachusetts Amherst har konstruerat en artificiell neuron som replikerar den elektriska aktiviteten hos naturliga hjärnceller, drivet av protein-nanotrådar härledda från bakterien Geobacter sulfurreducens. Publicerat i Nature Communications den 13 oktober 2025, betonar studien hur denna enhet fungerar vid endast 0,1 volt—som matchar spänningen hos mänskliga neuroner—jämfört med tidigare artificiella versioner som krävde tio gånger mer spänning och hundra gånger mer effekt.
Den mänskliga hjärnan bearbetar enorma datamängder med anmärkningsvärd effektivitet, och använder cirka 20 watt för uppgifter som att skriva en berättelse, medan stora språkmodeller som ChatGPT kan kräva över en megawatt för liknande operationer. "Vår hjärna bearbetar en enorm mängd data", sa Shuai Fu, doktorand i elektroteknik och datorteknik vid UMass Amherst och huvudförfattare till studien. "Men dess effektförbrukning är väldigt, väldigt låg, särskilt jämfört med elen det tar att köra en stor språkmodell som ChatGPT."
Denna lågtspänningsdesign övervinner en nyckelbarriär i neuromorfic databehandling, och tillåter sömlös integration med levande vävnad utan behov av effektkrävande förstärkare. "Vår registrerar endast 0,1 volt, vilket är ungefär samma som neuronerna i våra kroppar", noterade Jun Yao, biträdande professor i elektroteknik och datorteknik och seniorförfattare. Tidigare försök misslyckades med att ansluta direkt till biologiska neuroner på grund av deras känslighet för högre spänningar.
Potentiella tillämpningar inkluderar bioinspirerade datorer som fungerar som levande system och avancerad bärbar teknik. Till exempel kan sensorer drivas av svettgenererad effekt eller skörda el från luften, och eliminera förstärkningssteg som ökar komplexitet och energianvändning. Forskningen bygger på tidigare arbete av Yao's team, som har producerat effektiva enheter som svett-drivna biofilmer och en "elektronisk näsa" för sjukdomsdetektering.
Finansiering kom från Army Research Office, U.S. National Science Foundation, National Institutes of Health och Alfred P. Sloan Foundation.