У бактерий обнаружена способность создавать нанопроволочные сети

Токопроводящая нанопроволочка – пилюс бактерии Geobacter sulfurreducens.

Почему мозг в отличие от компьютера в норме не перегревается? Ответ очень простой – напряжение в чипах компьютера поддерживается на уровне одного вольта, а потенциал действия (Ра – Potential of action), проходящий по нервному отростку, не выше 70–80 милливольт (мВ), или 0,07 вольта, то есть в 14–15 раз меньше. Волна потенциала действия, создаваемая ионными токами, поддерживает транспорт нейромедиаторов к нейрону и от него – к синапсам. Напомним, синапсы – это точки передачи химических сигналов между нервными клетками. Так происходит электрохимическая передача нервных импульсов. При этом соединения в нейросетях все время перестраиваются. И это явление лежит в основе нейропластичности, а та, в свою очередь, обеспечивает обучение и хранение памяти.

Ученые давно пытаются моделировать эти процессы, используют различные подходы. Один из них предложен сотрудниками Политехнического училища в Лозанне. Авторы назвали свой подход «микроволновая фотоника». Речь идет о фотонном чипе на основе нитрида кремния (SiN), на поверхности которого с помощью ультрафиолетовой литографии нанесены канавки оптической гребенки. Освещение этой гребенки лазером дает микроволновое излучение (то же, что «работает» в домашних микроволновках).

Ученым удалось получить две полосы излучения – около 10 гигагерц, используемой в радарах, и 20 гигагерц – как в телекоммуникационных сетях 5G. Преимущество такого подхода – низкие потери энергии и сочетание гребенчатых модулей со сверхминиатюрными лазерами, умещающимися на чипе.

Память с использованием органических «нитей» между двумя золотыми электродами. Иллюстрации Physorg

Кстати, с помощью пилюса микроорганизм может пробивать «дырку» в оболочке клетки, например эпителия слизистой кишечника. Такой же пилюс имеет печально знаменитая бактерия Helicobacter pylori (хеликобактер пилори), спиралевидные тела которой приводят к язве желудка и 12-перстной кишки.

А вот Geobacter из мономеров белка пилина образует пилюсы с функцией токопроводящих нанопроволочек (NW – Nano Wires) длиной до 5 микрон, из которых произвольно собираются сети. Они могут менять конфигурацию и характер соединений, то есть обладают пластичностью естественных нейросетей, соединения в которых могут образовываться за 20 секунд! Geobacter к тому же восстанавливает серебро, отлагая его на пилюсе. Это способствует увеличению проводимости и снижению электрического сопротивления.

В Колумбийском университете Нью-Йорка создали композитный транзистор, оперирующий не электронами, а ионами, с помощью которого стала возможна носимая на коже электроника. Полученная с помощью Geobacter пилюсная сеть отличается от подобных кремниевых сетей дешевизной и способностью постоянно меняться, проявляя свойства мемристора, или «резистора памяти». Немаловажно также и то, что такой гибридный мемристор функционирует при токах напряжением всего лишь 40–100 мВ.

Если удастся создать компьютер на основе сетей подобного рода, то он практически не будет греться. Это позволит отказаться от охлаждающего вентилятора, и тогда электронные устройства станут толщиной с лист бумаги. Отсутствие перегрева резко повысит скорость расчетов.