Техника - молодёжи 1976-08, страница 38

Т НЕЙРОНА К ЭВМ

ЮРИЙ ГАСПАРЯН, зав_д«ющий каФедрой электронной техники Ереванского т. литехнического института

Что общего, казалось бы, межлу бикфордовым шнуром и электронно-вычислительной машиной? Грубое приспособление для разрушения и хрупкое устройство, пронизанное сетг к> сложнейших соединений, управляющих слабыми электрическими сигналами. Но тем не менее в бикфордовом "инуре заключены зсе свойства, необходимые для построения из него своеобразной вычислительной машины. И даже есть преимущества .

Запальный шнур загорается только ov спички, то естъ перелает только созданный человеком сигнал. Используя терминоло! ию радиоэлектроники, можно сказать, что у него достаточно вь.сокий уро-тень возбуждения. У шнуро постоянная скорость горения, и, подбирая его длину, мы можем управлять временем существования и передачи сигнала И уж несомненным преимуществом служит то, что сигнал (пламя) передается по шнуру любой длины без ослабления. J} ля работы ел.у не нужны ни батареи, ни подкачка горючего.

Теоретически этих свойств достаточно, ^итобы построить ЭВМ, лот только создавать машину, которая сгорала бы, решив лишь одн) задачу, по крайней мере нелепо. Однако сама по себе способность передавать сигнал 5ез ослябления привлекает внимание.

Ученые уже дечно бьются над созданием каналов связи, которые не ослабляли бы передаваемый сигнал — так называемых активных ка-налов. Микроминиатюризация свела в маленький кубик тысячи электронных элементов. Но сокращение их габаритов не привело к уменьшению числа соединений на один прибор. Плотность выводов так велика, что в монтаже будет использоваться проволока диаметром от тысячи ангстрем до микрона. Но медная проэолока толщиной 1 мк имеет сопротивление i00 Ом/см, и несколько сантиметров такого провода ослабляют сигнал ниже допустимого уоовня

Тогда и обратила на себя внимание идея «активных канчлов», уже воплощенная в бикфоодовом шнуре Природа же создала другой образец для подражания — г (сон, часть ■нейрона, пооводящая сигналы от головного мозга.

Как работге1 аксон? Почему он передает сигнал без ослабления'

Наружные слои аксона зар> жены положительно, а внутренние отрицательно. Их разделяет полупроницаемая оболочка, по своим функциям близкая к триоду. Если на оболочку нанести отрицательный заряд, то он не компенсируется близлежащими положительными. Отрицательный заряд как бы «отопрет» оболочку, и положительные ионы устремятся внутрь аксона, перезаряжая его внутренние слои. Снаружи останутся Оарицательные заряды, отпирающие следующий участок аксона. Одновременно включаются реакции обмена, которые восстанавливают нарушенное равновесие, но пока это про-чзойлет, сигнал убежиг вперед (рис. 1) Так работают аксоны про сгейших животных, в частности гигантское нервное волокно кальмара. У позвоночных животных в целях экономии энергии аксон покрыт изолятором — миелином (рис. 2). Мие-лизированные участки подбирают^:* так, чтобы сигнал передавался, но обменные восстановительные реакции сокращались до минимума.

Американский ученый Хрейн предложил в качестве активного канала устройства, сходные по своим свойствам с аксоном, и назвал их нейри-сторамк Первоначально они изучались только как соединительные элементы обычных схем. Но в процессе изучения оказалось, что они наделены богатыми логическими возможностями, и можно создать вычисли тельную машину, основанную только на методах нейрисгорной логики (бикфорлов шнур—нейристор олно-pi30B0i0 пользования)

Мы многого еще не знаем о работе аксона и механически скопировать его не можем. Но это и не в1жно—главное, ясен принцип. Смо-делирорать процесс (построить ней-рчс.ориую схему) можно на переключающихся элементах, на транзисторах, на туннельных диодах Проще всего это сделать нг оптических волокнах из специального стекла

В лазерном кристалле (или стекле) освещенном посторонним источником света, атомы возбуждаются.

За ним остается участок еще не возбужденных атомов (зона рефрак-торности).

■• -Г-Г +^г-^{±+ +}

+ -1- + - -

-и 4- -t- Н---— —----₊

Рис. 1. Прохождение сигнала по н_'-миглизирс ванн-.iM аксонам

Рис 2. Прохождение сигнала по мне-лизированным аксонам.

Рис. 3. Оптический нейристор.

Рнс. 4. Схема Т-соединения.

36