СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 2010-8

43 / 82

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ
43
СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2010
Новости мира News of the World Новости мира
Нейроны мозга способны
на нелинейные операции
Используя компьютерное моделирова
ние сетей, похожих на мозг, исследовате
ли из Германии и Японии обнаружили, как
нервные клетки передают информацию с
помощью небольших электрических им
пульсов. Оказалось, что этот процесс по
зволяет мозгу обрабатывать информацию
гораздо быстрее, чем считалось ранее, а
одиночные нейроны способны выполнять
нелинейные операции, например умноже
ние, которые являются ключевыми для
комплексной обработки информации. Это
открытие может помочь созданию новых
сложных форм вычислений.
Нервные клетки общаются друг с другом
посредством электрических импульсов – так
называемых потенциалов действия. В тече
ние десятилетий считалось, что они просто
суммируют крошечные входящие импульсы
и испускают сигналы, когда достигается не
кий порог накопления импульсов. Однако
входящие импульсы бывают ничтожно малы
ми и не всегда способны объяснить силу вы
ходного сигнала простым суммированием.
Подобно тому, как одна крошечная капля
дождя в конечном счёте приводит к выбро
су воды, один небольшой электрический им
пульс провоцирует нейрон на производство
своего собственного мощного импульса.
Учёные, наконец, объяснили, что именно
происходит прямо перед тем, как нервная
клетка испускает импульс. Они провели
моделирование на высокопроизводитель
ных компьютерах и нашли идеальный при
мер, объясняющий принцип работы пред
мета их исследования: устройство для по
лива японских садов – шиши одоши. Это
устройство из бамбука, которое медленно
наполняется капля за каплей и по достиже
нии некого уровня воды выплёскивает её.
Капли соответствуют входящим синапти
ческим импульсам, каждый из которых не
много повышает «уровень воды». Одна
дополнительная капля в конечном итоге
вызывает наклон шиши одоши и выплёс
кивает воду. Когда опустевшее шиши одо
ши качается обратно, оно стучит по камню,
что соответствует сигналу нейрона. Таким
образом, один синаптический импульс мо
жет сильно влиять на потенциал действия
нейрона – наподобие того, как сила удара
шиши одоши зависит от веса последней
капли. Предыдущие теории пренебрегали
этим фактом, однако уровень последнего
импульса очень сильно меняет потенциал
действия нейронов, а значит, и характерис
тики нервного импульса.
Также это объясняет, почему нервные
клетки обрабатывают информацию гораз
до быстрее, чем считалось ранее. Стало
ясно, что нейроны не просто суммируют
импульсы – в нужные моменты они способ
ны на нелинейные операции. Наличие та
кой способности объясняет, каким образом
мозг способен выполнять сложные вычис
ления, и может помочь создать новые ви
ды компьютерных процессоров.
Созданы логические схемы,
работающие при +500°С
Журнал Science Electromechanical Compu
ting опубликовал результаты практического
исследования по созданию наноэлектромеха
нических систем (НЭМС), функционирующих
при 500°С. Они могут использоваться в мик
роконтроллерах, встроенных, например, в ре
активные двигатели или буровые установки.
Логические схемы, способные работать
при высоких температурах, должны снизить
высокие требования к современной электро
нике и расширить сферу её применения. За
мена существующих полупроводников из
оксидов металлов на полевые транзисторы
из карбида кремния позволит создать при
боры с низким энергопотреблением и высо
кой производительностью при температурах
выше 300°C. В настоящее время работа
обычной кремниевой электроники при таких
температурах невозможна. Также НЭМС
имеют практически нулевую проводимость в
закрытом состоянии, могут работать на вы
соких частотах, в условиях мощного радиа
ционного воздействия, что обещает большие
перспективы в космической технике.
Команда учёных создала НЭМС, покрыв
кремниевую пластину тонким слоем оксида
кремния, а затем слоем карбида кремния
толщиной 400 нм. С помощью литографии
электронным пучком «нарисовали» простой
выключатель, состоящий из двух электродов
из карбида кремния (затвор и сток), которые
помещаются над консольной балкой (исток).
При подаче напряжения между затвором
и истоком электростатические силы тянут
балку, и она контактирует со стоком (но не
с затвором). Это позволяет току течь меж
ду истоком и стоком, что превращает уст
ройство в полевой транзистор. Исследова
тели уже создали устройство, работающее
при 500°С на частоте 500 кГц и с входным
напряжением ±6 В. При комнатной темпе
ратуре переключатель отработал до полом
ки консольной балки около 21 млрд. цик
лов, а при 500°С – около 2 млрд. циклов.
В настоящее время исследователи работа
ют над уменьшением напряжения и повыше
нием точности изготовления – для уменьше
ния изгиба балки, что значительно повысит
надёжность и срок службы переключателя.
Ключ в виртуальную копию
реального мира найден
В Калифорнийском университете изо
брели портативную лазерную камеру для
создания трёхмерных изображений. Уст
ройство помещается в рюкзак и позволяет
быстро и в автоматическом режиме сде
лать трёхмерные модели сложных интерь
еров или целых зданий.
Это первый прибор, который не надо
устанавливать на шасси робота или автомо
биль, – с ним запросто управляется один че
ловек. Причём, в отличие от современных
систем, скорость сбора данных очень высо
кая, и нет необходимости длительное время
разворачивать оборудование, тщательно
собирать данные и в течение дней или не
дель готовить трёхмерную карту модель.
Прибор получился лёгким благодаря ис
пользованию миниатюрных сенсоров и ла
зерных сканеров весом около 200 г. Кроме
того, он пользуется уникальными алгорит
мами, которые объединяют данные с камер,
лазерных дальномеров, инерционных дат
чиков. Это позволяет создать фотореалис
тичные 3D модели. Причём процесс съёмки
может проходить без участия GPS. Есть ещё
несколько проблем, связанных со «склеива
нием» разрозненных данных в одну карти
ну, но их сейчас активно устраняют.
Ориентируясь прежде всего на военных
пользователей, учёные отмечают, что их
прибор может существенно упростить пла
нирование миссий, поскольку появится
возможность буквально прокручивать мис
сию в виртуальной модели реального зда
ния, например, с помощью очков виртуаль
ной реальности COMBATREDI, которые ис
пользуются в армии США.
В целом новая технология выглядит
весьма перспективно и наверняка найдёт
применение не только в военной сфере, но
и в проектировании зданий и, например, в
индустрии видеоигр – как простой и отно
сительно недорогой способ интеграции в
игры 3D моделей реальных объектов.
© СТА-ПРЕСС