Trong nghiên cứu mới đăng trên tạp chí Nature Nanotechnology, nhóm đã phát triển thiết bị linh hoạt, chi phí thấp, có thể tạo ra tín hiệu điện đủ chân thực để kích hoạt tế bào não chuột. Kết quả cho thấy neuron nhân tạo này có thể kích thích phản ứng từ neuron thật, mở ra tiềm năng ứng dụng trong giao diện não – máy và các thiết bị thần kinh như cấy ghép hỗ trợ thính giác, thị giác và vận động.

Công nghệ này không chỉ phục vụ y học mà còn đặt nền móng cho hệ thống điện toán hiệu quả hơn. Bằng cách mô phỏng cách não truyền tín hiệu – vốn là “máy tính” tiết kiệm năng lượng nhất – các hệ thống tương lai có thể xử lý dữ liệu phức tạp với mức tiêu thụ điện năng thấp hơn nhiều so với công nghệ hiện nay.

Giáo sư Mark C. Hersam, người dẫn đầu nghiên cứu, nhấn mạnh: “Não bộ hiệu quả năng lượng hơn máy tính kỹ thuật số tới năm bậc độ lớn. Vì vậy, việc lấy cảm hứng từ não để phát triển phần cứng thế hệ mới là điều hợp lý.”

Khác với chip silicon – nơi hàng tỷ transistor giống hệt nhau hoạt động cố định – não bộ là mạng lưới mềm, ba chiều, liên tục thay đổi và hình thành kết nối mới khi học hỏi. Để tiến gần hơn tới mô hình này, nhóm Hersam đã sử dụng vật liệu mềm có thể in được, gồm mực điện tử từ molybdenum disulfide (MoS2) và graphene.

Điểm đặc biệt là họ tận dụng polymer trong mực in – vốn thường bị loại bỏ – để tạo ra đường dẫn dẫn điện hẹp, sinh ra tín hiệu điện giống neuron thật. Nhờ đó, neuron nhân tạo có thể phát ra nhiều kiểu tín hiệu: từ xung đơn lẻ, phát liên tục đến dạng “bursting” phức tạp, giống cách neuron sinh học truyền thông tin.

Để kiểm chứng, nhóm hợp tác với Giáo sư Indira M. Raman, áp dụng tín hiệu từ neuron nhân tạo lên lát cắt tiểu não chuột. Kết quả cho thấy các xung điện nhân tạo có thời gian và hình dạng tương đồng với neuron thật, đủ để kích hoạt mạch thần kinh sinh học.

Điều này chứng minh neuron nhân tạo không chỉ mô phỏng mà còn có thể tương tác trực tiếp với tế bào sống – một thành tựu chưa từng có trước đây.

Ngoài tính năng sinh học, công nghệ in neuron nhân tạo còn có ưu điểm thân thiện môi trường: quy trình sản xuất đơn giản, chi phí thấp và giảm thiểu lãng phí nhờ kỹ thuật in cộng thêm. Hersam cảnh báo: “Các trung tâm dữ liệu AI hiện tiêu thụ năng lượng khổng lồ, thậm chí cần tới nhà máy điện hạt nhân riêng. Điều này không bền vững. Chúng ta cần phần cứng tiết kiệm năng lượng hơn.”

Với bước tiến này, neuron nhân tạo in 3D có thể trở thành nền tảng cho cả y học thần kinh lẫn điện toán thế hệ mới, nơi máy móc không chỉ bắt chước mà còn hòa nhập vào thế giới sinh học.