SCIENTIFIC EDUCATIONAL CENTER science idea

Certificate of registration of mass media ЭЛ № ФС 77 - 78868 issued by Roskomnadzor on 07.08.2020

"Мой друг, Отчизне посвятим
Души прекрасные порывы!"

(А.С. Пушкин)

Researchers have developed a brain-like computing device that is capable of learning by association.

Similar to how famed physiologist Ivan Pavlov conditioned dogs to associate a bell with food, researchers at Northwestern University and the University of Hong Kong successfully conditioned their circuit to associate light with pressure.

The research will be published April 30 in the journal Nature Communications.

The device's secret lies within its novel organic, electrochemical "synaptic transistors," which simultaneously process and store information just like the human brain. The researchers demonstrated that the transistor can mimic the short-term and long-term plasticity of synapses in the human brain, building on memories to learn over time.

With its brain-like ability, the novel transistor and circuit could potentially overcome the limitations of traditional computing, including their energy-sapping hardware and limited ability to perform multiple tasks at the same time. The brain-like device also has higher fault tolerance, continuing to operate smoothly even when some components fail.

"Although the modern computer is outstanding, the human brain can easily outperform it in some complex and unstructured tasks, such as pattern recognition, motor control and multisensory integration," said Northwestern's Jonathan Rivnay, a senior author of the study. "This is thanks to the plasticity of the synapse, which is the basic building block of the brain's computational power. These synapses enable the brain to work in a highly parallel, fault tolerant and energy-efficient manner. In our work, we demonstrate an organic, plastic transistor that mimics key functions of a biological synapse."

Rivnay is an assistant professor of biomedical engineering at Northwestern's McCormick School of Engineering. He co-led the study with Paddy Chan, an associate professor of mechanical engineering at the University of Hong Kong. Xudong Ji, a postdoctoral researcher in Rivnay's group, is the paper's first author.

Problems with conventional computing

Conventional, digital computing systems have separate processing and storage units, causing data-intensive tasks to consume large amounts of energy. Inspired by the combined computing and storage process in the human brain, researchers, in recent years, have sought to develop computers that operate more like the human brain, with arrays of devices that function like a network of neurons.

"The way our current computer systems work is that memory and logic are physically separated," Ji said. "You perform computation and send that information to a memory unit. Then every time you want to retrieve that information, you have to recall it. If we can bring those two separate functions together, we can save space and save on energy costs."

Currently, the memory resistor, or "memristor," is the most well-developed technology that can perform combined processing and memory function, but memristors suffer from energy-costly switching and less biocompatibility. These drawbacks led researchers to the synaptic transistor -- especially the organic electrochemical synaptic transistor, which operates with low voltages, continuously tunable memory and high compatibility for biological applications. Still, challenges exist.

"Even high-performing organic electrochemical synaptic transistors require the write operation to be decoupled from the read operation," Rivnay said. "So if you want to retain memory, you have to disconnect it from the write process, which can further complicate integration into circuits or systems."

How the synaptic transistor works

To overcome these challenges, the Northwestern and University of Hong Kong team optimized a conductive, plastic material within the organic, electrochemical transistor that can trap ions. In the brain, a synapse is a structure through which a neuron can transmit signals to another neuron, using small molecules called neurotransmitters. In the synaptic transistor, ions behave similarly to neurotransmitters, sending signals between terminals to form an artificial synapse. By retaining stored data from trapped ions, the transistor remembers previous activities, developing long-term plasticity.

The researchers demonstrated their device's synaptic behavior by connecting single synaptic transistors into a neuromorphic circuit to simulate associative learning. They integrated pressure and light sensors into the circuit and trained the circuit to associate the two unrelated physical inputs (pressure and light) with one another.

Perhaps the most famous example of associative learning is Pavlov's dog, which naturally drooled when it encountered food. After conditioning the dog to associate a bell ring with food, the dog also began drooling when it heard the sound of a bell. For the neuromorphic circuit, the researchers activated a voltage by applying pressure with a finger press. To condition the circuit to associate light with pressure, the researchers first applied pulsed light from an LED lightbulb and then immediately applied pressure. In this scenario, the pressure is the food and the light is the bell. The device's corresponding sensors detected both inputs.

After one training cycle, the circuit made an initial connection between light and pressure. After five training cycles, the circuit significantly associated light with pressure. Light, alone, was able to trigger a signal, or "unconditioned response."

Future applications

Because the synaptic circuit is made of soft polymers, like a plastic, it can be readily fabricated on flexible sheets and easily integrated into soft, wearable electronics, smart robotics and implantable devices that directly interface with living tissue and even the brain.

"While our application is a proof of concept, our proposed circuit can be further extended to include more sensory inputs and integrated with other electronics to enable on-site, low-power computation," Rivnay said. "Because it is compatible with biological environments, the device can directly interface with living tissue, which is critical for next-generation bioelectronics."

Photo - © EPA/Jean-Christophe Bott

eurekalert.org

Рекомендуем посетить:

Портал "Научная Россия"

Десятилетие науки и технологий

Научно-образовательный портал "Большая российская энциклопедия"

Медиатека издательства "Просвещение"

Российское военно-историческое общество

Русское географическое общество

Федеральный портал "Российское образование"

Электронный банк заданий для оценки функциональной грамотности

Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов

Российская электронная школа

Навигатор для современных родителей "Растим детей"

Проект "Школа Минпросвещения России"

Российская общественная инициатива

Официальный интернет-ресурс для информирования о социально-экономической ситуации в России (объясняем.рф)

Агентство национально значимых коммуникаций

Образовательный центр «Сириус»

Национальный портал в сфере Искусственного интеллекта

Центр компетенций НТИ

"Водород как основа низкоуглеродной экономики"

Уважаемые коллеги!

_____В рамках подготовки обращений в Министерство науки и высшего образования Российской Федерации принимаем предложения по внесению дополнений и изменений в федеральные программы:

_____Федеральную научно-техническую программу развития генетических технологий на 2019-2030 годы, утвержденную постановлением Правительства Российской Федерации от 22 апреля 2019 года № 479, _____Федеральную научно-техническую программу развития синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры на период до 2030 года и дальнейшую перспективу, утвержденную постановлением Правительства Российской Федерации от 16 марта 2020 года №287.

_____Предложения принимаются на электронную почту sci-idea@mail.ru

АКТУАЛЬНО

_____Научно-образовательный центр принимает предложения по внесению изменений в Федеральный закон "О проведении эксперимента по установлению специального налогового режима "Налог на профессиональный доход" от 27 ноября 2018 года № 422-ФЗ в части улучшения условий самозанятости для педагогических работников в целях подготовки и направления обращения в Министерство труда и социальной защиты Российской Федерации.

_____Предложения принимаются как в виде официальных писем от юридических лиц, так и в свободной форме от физических лиц на электронную почту sci-idea@mail.ru.

_____Приглашаем принять участие в Международном конкурсе научно-исследовательских работ «EDUCATION AND SCIENCE – 2026» (далее – Конкурс). Организацию и проведение Конкурса осуществляет научно-образовательный центр «Science Idea» (далее – научно-образовательный центр).

_____Конкурс проводится в заочной форме.

_____В Конкурсе могут принять участие учащиеся школ и организаций дополнительного образования, студенты организаций среднего профессионального образования, студенты и аспиранты организаций высшего образования, дипломированные специалисты (преподаватели, сотрудники организаций).

_____Автором 1 научно-исследовательской работы может быть только 1 человек. Каждый участник может представить неограниченное число работ.

_____Научно-исследовательская работа, представленная участником, может быть выполнена под руководством руководителя, либо может быть выполнена участником самостоятельно без руководителя.

_____Для участия в Конкурсе оплачивается организационный взнос в размере 600 рублей за 1 научно-исследовательскую работу (реквизиты для оплаты указаны в Положении о Конкурсе).

_____Приём материалов на Конкурс осуществляется с 1 декабря 2025 г. до 30 декабря 2025 г. (включительно) на электронную почту sci21@mail.ru (контактное лицо – Леснов Алексей Владимирович, тел. +79093013453).

_____Подведение итогов Конкурса состоится 14-16 января 2026 года.

_____Результаты Конкурса будут опубликованы на официальном сайте научно-образовательного центра https://sci-idea.ru/ (на главной странице в разделе «Актуально») 19 января 2026 года.

_____По итогам конкурса определяются победители (I место), призёры (II место и III место). По решению жюри призовое место может быть присуждено одновременно двум участникам.

_____Каждый участник за каждую представленную им работу награждается дипломом, руководителю за каждую работу, подготовленную под его руководством, вручается благодарность.

_____Дипломы и благодарности в электронном цветном варианте (скан-образы) направляются на электронную почту, указанную в заявке на участие в Конкурсе.

_____Контактные данные: sci21@mail.ru (Леснов Алексей Владимирович, тел. +79093013453, страница в социальной сети https://vk.com/id323023447).

_____Скачать Положение о Конкурсе.

_____Примечание: из суммы организационных взносов будет осуществлена оплата работы жюри, работ по оформлению дипломов и благодарностей.

_____Национальные проекты России

_____Россия — страна возможностей

_____Российский союз ректоров

_____Стартовал приём заявок на создание новых молодёжных лабораторий

_____Российский научный фонд

_____Российский фонд фундаментальных исследований

_____Фонд перспективных исследований

_____Российский форум «Микроэлектроника»

_____Большая конференция "ПРИОРИТЕТ — ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ЛИДЕРСТВО"

_____ТЕХНО НАСТАВНИКИ

Проект предполагает создание системы подготовки наставников из студентов инженерных направлений обучения для массового вовлечения детей и молодежи в приоритетные направления федерального проекта "Наука и кадры для производства средств производства и автоматизации" национального проекта по обеспечению технологического лидерства "Средства производства и автоматизации"

_____Всероссийская олимпиада по искусственному интеллекту 2025

_____для учеников 8-11 классов и иностранных обучающихся

_____{ код будущего }

_____БЕСПЛАТНЫЕ КУРСЫ ПО ПРОГРАММИРОВАНИЮ

_____Для школьников 8-11 классов и студентов колледжей

_____#C++ #Python #Python и анализ данных #1C программирование #SQL #Аналитика

_____Всероссийский агродиктант

_____Российское общество «Знание»

_____Всероссийский проект «Первые в науке»

_____Проект "Научная Вселенная Первых"

_____ЛЕДОКОЛ ЗНАНИЙ 2025

_____КОНКУРС КОМАНД ВУЗОВ ПО МОЛОДЕЖНОЙ ПОЛИТИКЕ И ВОСПИТАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

_____ЕДИНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ОБЩЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

_____ВЫСШАЯ АТТЕСТАЦИОННАЯ КОМИССИЯ ПРИ МИНОБРНАУКИ РОССИИ

_____Академия Минпросвещения России

_____ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ОБЩЕСТВЕННО ЗНАЧИМЫЙ ПРОСВЕТИТЕЛЬСКИЙ ПРОЕКТ «ШКОЛА МЕЧТЫ»

_____ВСЕРОССИЙСКАЯ ПРЕМИЯ МОЛОДЁЖНЫХ ДОСТИЖЕНИЙ «ВРЕМЯ МОЛОДЫХ»

_____Зимний университет по инженерным наукам

_____Движение Первых

_____НАУКА БУДУЩЕГО — НАУКА МОЛОДЫХ

_____«Обучение служением» — это уникальный образовательный подход, благодаря которому студенты и школьники реализуют проекты по решению реальных общественно значимых задач совместно с НКО, государством и бизнесом в рамках учебного процесса

_____Федеральные стажировки от Программы «ГосСтарт»

_____Научное волонтерство — инициатива Десятилетия науки и технологий

_____Единый доступ к образовательным сервисам и цифровым учебным материалам для учеников, родителей и учителей

_____Университетские смены – проект, который помогает школьникам и студентам колледжей определиться с выбором будущей профессии, а также получить ценный опыт и знания, которые пригодятся в дальнейшей учебе и карьере

_____Летний университет - знакомство иностранной молодежи с потенциалом российского образования

_____Платформа университетского технологического предпринимательства — проект, инициированный Минобрнауки России для поддержки и развития технологического предпринимательства и создания в стране высокотехнологичных стартапов на базе университетов

_____Программа Студтуризм

_____Программа "Горизонты возможностей": помощь иностранным выпускникам российских вузов найти работу в России или своей стране

_____Всероссийский конкурс научного творчества "Будущее Первых"

_____Федеральный конкурс "Научная Вселенная"

_____Всероссийский фестиваль RuCode

_____Открылась регистрация заявок на участие в Международном чемпионате по алгоритмическому программированию "РуКод". Состязание объединит школьников, студентов и специалистов. Подать заявку можно на Портале государственных услуг Российской Федерации

_____Всероссийская научно-образовательная программа "Плавучий университет"

_____Проект «Стажёр Минобрнауки России»

_____Всероссийский проект "Школа наставничества"

_____Всемирный фестиваль молодёжи

_____Стартовал проект "Поколение медиа": молодые медийщики получат поддержку ведущих экспертов страны

_____Росмолодёжь приглашает к участию в форумах на платформе Росмолодёжь. Форумы

_____Стипендиат России

_____Президентский фонд культурных инициатив

_____Минпросвещения России обновило федеральный перечень учебников.

_____Приказ Минпросвещения России от 5 ноября 2024 года № 769
"Об утверждении федерального перечня учебников, допущенных к использованию при реализации имеющих государственную аккредитацию образовательных программ начального общего, основного общего, среднего общего образования организациями, осуществляющими образовательную деятельность, и установлении предельного срока использования исключенных учебников и разработанных в комплекте с ними учебных пособий"

_____Приказы Федеральной службы по надзору в сфере образования и науки

_____от 7 мая 2025 г. № 991 "Об утверждении состава участников, сроков и продолжительности проведения всероссийских проверочных работ в образовательных организациях, осуществляющих образовательную деятельность по образовательным программам начального общего, основного общего, среднего общего образования, а также перечня учебных предметов, по которым проводятся всероссийские проверочные работы в образовательных организациях, осуществляющих образовательную деятельность по образовательным программам начального общего, основного общего, среднего общего образования, в 2025/2026 учебном году",