راه تکامل "مغز مصنوعی" هموار می‌شود

مجموعه: اخبار علمی و آموزشی

تاریخ انتشار : دوشنبه, 09 بهمن 1396 11:21

به گزارش ایسنا و به نقل از ساینس دیلی، محاسبات نورومورفیک از زمان پیدایش در دهه 80 میلادی تاکنون برای محققان یک چالش بوده است. یک سیناپس جدید می‌تواند شکاف موجود در این فناوری را پر کند.

تحقیقات جدید "موسسه ملی استانداردها و تکنولوژی"(NIST) ممکن است رایانه‌ها را چندین قدم به تحقق مغزهای مصنوعی نزدیک سازد.

تیم تحقیقاتی موسسه ملی استانداردها و تکنولوژی یک "سیناپس"(سوئیچ ابررسانا) را که مانند همتای بیولوژیکی خود یاد می‌گیرد، ساخته‌اند. این سوئیچ می‌تواند پردازنده‌ها را به هم متصل کرده و دقیقا همانطور که مغز انسان اطلاعات را ذخیره می‌کند، اطلاعات را در سیستم‌های کامپیوتری ذخیره کند.

پیشرفت رایانه‌های شبیه به مغز، مثل یک داستان علمی-تخیلی است، اما مهندسی نورومورفیک در اواخر دهه 1980 میلادی این موضوع را به واقعیت تبدیل کرد. این پیشرفت به عنوان آینده مغزهای دیجیتال برای دستگاه‌هایی مانند گوشی‌های هوشمند، رایانه‌ها و ربات‌ها در نظر گرفته می‌شود.

تراشه‌های نورومورفیک همراه با برنامه‌نویسی هوش مصنوعی، با نیاز به قدرت بسیار کمتر و سیستم‌های کارآمدتر می‌توانند کلید محاسبات سریع‌تر باشند.

"مایک اشنایدر"(Mike Schneider)، فیزیکدان موسسه ملی استانداردها و تکنولوژی گفت: سیناپس ابداعی ما به انرژی پایین‌تری نسبت به سیناپس مغز انسان نیاز دارد و هیچ سیناپس مصنوعی دیگر که انرژی کمتری استفاده کند، وجود ندارد.

سیناپس ابداع شده توسط محققان موسسه ملی استانداردها و تکنولوژی(NIST) یک سوئیچ اتصال بین سیگنال‌ها الکتریکی ورودی و سیگنال‌های خروجی است.

این سیناپس‌ها به همان شیوه که سیناپس انسان به سرعت بین دو سلول مغز سوئیچ می‌کند، عمل می‌کنند.

ابداع محققان NIST دارای یک طراحی داخلی قابل انعطاف است که می‌تواند براساس تجربه یا محیط تغییر کند.

محققان توضیح دادند که هرچه سیگنال‌های الکتریکی که بین پردازنده‌ها شلیک می‌شوند، بیشتر باشد، اتصال‌های ساخته شده توسط سیناپس قوی‌تر خواهد بود و درست مانند همتایان واقعی خود، سیناپس‌های مصنوعی نیز مدارهای قدیمی را همراه با ایجاد موارد جدید حفظ می‌کنند.

با این حال، بر خلاف سیناپس انسان، این سیناپس مصنوعی به طور قابل توجهی سریع‌تر از مغز انسان حرکت می‌کند. یک سلول مغزی 50 بار در ثانیه سیگنال الکتریکی شلیک می‌کند، در حالی که سیناپس NIST یک میلیارد سیگنال در هر ثانیه با یک دهم انرژی مورد نیاز مغز انسان شلیک می‌کند.

محققان اندازه‌گیری کردند و دریافتند انرژی مورد نیاز این سیناپس مصنوعی کمتر از 1 اتوژول(attojoule) یعنی 10 به توان منفی 18 ژول است. این میزان انرژی کمتر از میزانی است که به طور طبیعی در دمای اتاق به عنوان انرژی پس‌زمینه یافت می‌شود.

در حالت ایده‌آل، این سیناپس‌های جدید در رایانه‌های نورومورفیک یافت خواهند شد که به شدت به مواد ابررسانایی وابسته هستند. این سیناپس‌ها باعث می‌شوند کل سیستم کارآمدتر از سایر وسایل الکترونیکی باشد که به ابررساناها متکی هستند.

علاوه بر این، همانطور که محققان خاطرنشان می‌کنند، دستگاه‌های ابررسانا در حال حاضر در چگونگی انتقال سیگنال همانند سلول‌های مغز انسان عمل می‌کنند، اما به لطف این سیناپس‌های جدید، قطعه گمشده دستیابی به مغز مصنوعی پیدا شده است.

این سیناپس همچنین از فناوری موسوم به "اتصال جوزفسون" استفاده می‌کند. این اتصالات مواد ابررسانایی را با یک عایق به عنوان پرکننده در تنگنا قرار می‌دهند(ساندویچ می‌کنند).

همانطور که اشنایدر اشاره کرد، این اتصالات شامل 20 هزار نانوکلاستر منگنز و سیلیکون در هر میکرومتر مربع است. آنها به محققان کنترل مورد نیاز را اعطا کردند.

وی افزود: این‌ها اتصالات جوزفسون تنظیم شده هستند. ما می‌توانیم تعدادی از نانوکلاسترها را کنترل کنیم تا در یک جهت حرکت کنند که بر خواص ابررسانایی اتصال تاثیر می‌گذارند.

در نهایت، این سیناپس‌ها می‌توانند نقش مهمی را در ایجاد داده‌های پردازشی همزمان داشته باشند. رایانه‌های نورومورفیک می‌توانند موج جدیدی از واقعیت با توجه به افزایش نیاز به رایانه‌های سریع‌تر با مصرف انرژی پایین‌تر باشند.

مقاله کامل این پژوهش در آخرین نسخه مجله Scientific Advances منتشر شده است.