Northwestern – Ingenieure der Northwestern University haben künstliche Neuronen entwickelt, die direkt mit lebenden Gehirnzellen interagieren können. Die flexiblen Bauteile erzeugen lebensechte elektrische Signale und könnten die Neurotechnologie sowie die Energieeffizienz von KI-Systemen revolutionieren.
Wissenschaftler an der Northwestern University erzielten einen bedeutenden Durchbruch an der Schnittstelle zwischen Maschine und menschlichem Gehirn. Das Team um Mark C. Hersam entwickelte gedruckte künstliche Neuronen, die über bloße Imitation hinausgehen und aktiv mit biologischen Nervenzellen kommunizieren. In Experimenten mit Hirngewebe von Mäusen lösten diese kostengünstigen, flexiblen Geräte Reaktionen in realen Neuronen aus.
Schnittstelle für Neuroprothetik und KI
Diese Entwicklung rückt die Vision von Elektronik, die direkt mit dem Nervensystem gekoppelt ist, in greifbare Nähe. Mögliche Anwendungsgebiete sind Hirn-Maschine-Schnittstellen und Neuroprothesen, die Hör-, Seh- oder Bewegungsfunktionen wiederherstellen könnten. Zudem weist die Technologie den Weg zu einer neuen Generation von Computersystemen. Durch die Nachahmung neuronaler Kommunikation könnte Hardware künftig komplexe Aufgaben mit einem Bruchteil der heute benötigten Energie bewältigen.
„Die Welt ist von künstlicher Intelligenz dominiert, doch das datenintensive Training führt zu massiven Stromverbrauchsproblemen“, erklärte Mark C. Hersam, Leiter der Studie und Professor für Materialwissenschaften an der McCormick School of Engineering. Da das Gehirn um fünf Größenordnungen energieeffizienter arbeitet als ein digitaler Computer, müsse die nächste Hardware-Generation vom biologischen Vorbild lernen.
Abkehr vom starren Silizium
Herkömmliche Computer basieren auf Milliarden identischer Transistoren auf starren Siliziumchips. Das Gehirn hingegen besteht aus heterogenen, dynamischen Netzwerken, die sich ständig anpassen. Um diese Komplexität zu erreichen, nutzte Hersams Team elektronische Tinten aus Nanoflocken von Molybdändisulfid (MoS2) und Graphen. Mittels Aerosol-Jet-Druck wurden diese auf flexible Polymeroberflächen aufgebracht.
Besonders innovativ: Ein Polymer, das bisher als störend galt, wurde gezielt genutzt
Durch teilweise Zersetzung des Polymers unter Stromfluss entstanden leitfähige Filamente, die plötzliche elektrische Reaktionen – ähnlich dem Feuern eines Neurons – ermöglichen. Die künstlichen Neuronen erzeugen so Spikes, kontinuierliche Signale und Burst-Muster, die biologischen Signalen präzise entsprechen.
Erfolgreiche Tests an biologischem Gewebe
In Zusammenarbeit mit der Neurobiologin Indira M. Raman wurde die Wirksamkeit am Kleinhirn von Mäusen getestet. Die künstlichen Signale entsprachen in Timing und Dauer exakt den biologischen Eigenschaften. „Andere Labore versuchten es mit organischen Materialien, die zu langsam waren, oder mit Metalloxiden, die zu schnell reagierten. Wir bewegen uns in einem Zeitbereich, der direkt mit lebenden Neuronen interagiert“, so Hersam.
Angesichts des enormen Energie- und Wasserverbrauchs moderner Rechenzentren unterstreicht Hersam die Dringlichkeit effizienterer Hardware. Die additive Fertigung der neuen Neuronen ist zudem kostengünstig und nachhaltig. Die Studie wurde am 18. April in der Fachzeitschrift Science Daily veröffentlicht.
Northwestern University engineers just printed artificial neurons that can communicate with living brain cells. 🤯
This is wild. pic.twitter.com/0wat1FxL2m
— Min Choi (@minchoi) April 16, 2026
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