Một đội ngũ kỹ sư tại Đại học Massachusetts Amherst đã công bố việc tạo ra neuron nhân tạo với các chức năng điện gần giống hệt với neuron sinh học. Dựa trên công trình trước đây sử dụng dây nano protein được tổng hợp từ vi khuẩn tạo điện, khám phá của đội nghiên cứu có nghĩa là chúng ta có thể thấy những máy tính cực kỳ hiệu quả được xây dựng theo nguyên lý sinh học, có thể giao tiếp trực tiếp với tế bào sống.

"Não bộ của chúng ta xử lý một lượng dữ liệu khổng lồ," Shuai Fu, sinh viên nghiên cứu sinh ngành kỹ thuật điện và máy tính tại UMass Amherst và tác giả chính của nghiên cứu được công bố trên Nature Communications cho biết. "Nhưng mức tiêu thụ điện năng của nó rất, rất thấp, đặc biệt so với lượng điện cần thiết để vận hành một Mô hình Ngôn ngữ Lớn như ChatGPT."

Cơ thể con người hiệu quả hơn gấp 100 lần về mặt điện so với mạch điện của máy tính. Não người được cấu tạo từ hàng tỷ neuron, những tế bào chuyên biệt gửi và nhận các xung điện khắp cơ thể. Trong khi não bộ chỉ cần khoảng 20 watt để viết một câu chuyện, một LLM có thể tiêu thụ hơn một megawatt điện để thực hiện cùng nhiệm vụ đó.

Mặc dù các kỹ sư điện và máy tính từ lâu đã quan tâm đến việc sử dụng neuron nhân tạo làm mạch cho máy tính hiệu quả hơn, vấn đề luôn là làm thế nào để giữ điện áp đủ thấp. "Các phiên bản trước của neuron nhân tạo sử dụng điện áp cao gấp 10 lần - và công suất cao gấp 100 lần - so với neuron chúng tôi đã tạo ra," Jun Yao, phó giáo sư kỹ thuật điện và máy tính tại UMass Amherst và tác giả chính của bài báo cho biết. Điều đó có nghĩa là các nỗ lực trước đây tạo ra neuron nhân tạo không thực sự hiệu quả, cũng không thể kết nối trực tiếp với neuron sống, vì chúng sẽ bị "sợ hãi" bởi biên độ tăng cao.

"Neuron của chúng tôi chỉ ghi nhận 0,1 volt, tương đương với neuron trong cơ thể chúng ta," Yao nói.

Có nhiều ứng dụng cho neuron mới của Fu và Yao, từ việc thiết kế lại máy tính theo nguyên lý sinh học và hiệu quả hơn nhiều, đến các thiết bị điện tử có thể "nói chuyện" trực tiếp với cơ thể chúng ta.

"Hiện tại chúng ta có đủ loại hệ thống cảm biến điện tử đeo được," Yao cho biết, "nhưng chúng tương đối cồng kềnh và không hiệu quả. Mỗi khi chúng cảm nhận tín hiệu từ cơ thể, chúng phải khuếch đại điện để máy tính có thể phân tích. Bước trung gian khuếch đại đó làm tăng cả mức tiêu thụ điện năng và độ phức tạp của mạch, nhưng các cảm biến được xây dựng với neuron điện áp thấp của chúng tôi có thể hoạt động mà không cần khuếch đại gì cả."

Thành phần bí mật trong neuron tiết kiệm năng lượng mới của đội nghiên cứu là dây nano protein được tổng hợp từ vi khuẩn đáng chú ý Geobacter sulfurreducens, loài vi khuẩn cũng có siêu năng lực sản xuất điện. Yao, cùng với nhiều đồng nghiệp khác, đã sử dụng dây nano protein của vi khuẩn để thiết kế một loạt các thiết bị cực kỳ hiệu quả: một màng sinh học, được cung cấp năng lượng bởi mồ hôi, có thể cấp điện cho thiết bị điện tử cá nhân; một "mũi điện tử" có thể ngửi ra bệnh tật; và một thiết bị, có thể được chế tạo từ hầu hết mọi thứ, có thể thu hoạch điện từ chính không khí.