سیناپس ابررسانا، قطعه احتمالی گمشده در مغز مصنوعی

تاریخ : ۱۹ اسفند ۱۳۹۶

تعداد بازدید : ۳۵۴

0 امتیاز از 0 رای
نسخه چاپی
موضوعات :

سیناپس‌های مصنوعی مجموعه‌ای از سیناپس‌ها در اندازه‌ای کوچک، با سیگنال‌های پرشی فوق سریع، نیازمند انرژی اندک و انباشته شده در ساختاری سه بعدی هستند. این سیناپس‌ها می‌توانند در سیستم‌های نورومورفیک بسیار پیچیده‌تر از سایر فناوری‌های مقلد موجود عمل کنند و موجب انقلابی در هوش مصنوعی ایجاد نمایند.

پژوهشگران مؤسسه استاندارد و فناوری آمریکا (NIST) کلید ابررسانایی با قابلیت یادگیری مشابه نظام‌های زیستی ساخته‌اند که می‌تواند پردازنده‌ها و حافظه‌های ذخیره شده در رایانه‌های آینده را به ‌هم متصل کرده تا مشابه مغز انسان عمل کنند. کلید NIST مشابه همتای زیستی خود، سیناپس نامیده می‌شود و قطعه‌ای گم شده را برای رایانه‌های نورومورفیک فراهم می‌کند. پیش‌بینی می‌شود استفاده از این نوع هوش مصنوعی بتواند رایانه‌ها را در ادراک و تصمیم‌گیری برای کاربردهای گوناگونی چون رانندگی خودکار خودروها و تشخیص سرطان ارتقا دهد.

پژوهشگران در نظر دارند برای ساخت رایانه‌های مقلد مغز، این سیناپس‌های مصنوعی را بسازند. محققان با استفاده از اتصال جوزفسون، ساختاری متشکل از دو ابررسانا که توسط لایه عایقی ازهم جدا شده‌اند، سیناپس مصنوعی را طراحی کرده اند.  

سیناپس، اتصال یا کلیدی بین دو سلول مغزی است. سیناپس مصنوعی (سیلندر فلزی خم شده با قطر 10 میکرومتر) شبیه سیناپس واقعی است، چراکه توانایی پردازش موج‌های الکتریکی ورودی را به سیگنال‌های موجی اصلاح شده خروجی دارد. این پردازش براساس طراحی داخلی منعطفی است که قابلیت تنظیم به‌ وسیله تجربه یا محیط را دارد.  هرچه فرایند ارتباطی بین سلول‌ها یا پردازنده‌ها و ارسال پیام بیشتر باشد، ارتباط قوی‌تر خواهد بود. سیناپس‌های مصنوعی و طبیعی هردو توانایی حفظ مدارهای قدیمی و خلق مدارهای جدید را دارند.

سرعت برقراری ارتباط در سیناپس‌های مصنوعی خیلی سریع‌تر از واکنش شیمیایی و برقراری ارتباط بین سیناپس‌های طبیعی در مغز انسان (یک میلیارد بار در ثانیه، در مقایسه با 50 بار در ثانیه در سلول‌های مغزی) با صرف مقدار کمی انرژی در حدود یک ده هزارم انرژی سیناپس‌های انسان است. به لحاظ فنی انرژی تحریکی کمتر از 1 اتوژول است که کمتر از انرژی زمینه در دمای اتاق و مشابه با انرژی شیمیایی اتصال دو اتم در یک مولکول است. این سیناپس مصنوعی نسبت به سیناپس انسان به انرژی کمتری نیاز دارد و تاکنون هیچ اطلاعی در مورد نوع دیگری از سیناپس مصنوعی با مصرف انرژی کمتر وجود ندارد.

سیناپس جدید قابلیت استفاده در رایانه‌های نورومورفیک، که از اجزای ابررسانا تشکیل شده اند، را دارد. در نتیجه توانایی حمل الکتریسیته بدون ایجاد مقاومت را داشته و بنابراین نسبت به دیگر طراحی‌های مبتنی بر نیمه‌رساناها یا نرم‌افزارها کارآمدتر است. داده‌ها در واحد شار مغناطیس منتقل، پردازش و ذخیره می‌شود. دستگاه‌های فوق رسانا که سلول‌های مغز و خطوط انتقال را تقلید کنند، توسعه یافته اند، اما تا کنون سیناپس‌های کارآمد، که جزئی ضروری بوده اند، در دسترس نبوده اند.

مغز در انجام وظایفی چون تشخیص زمینه به‌طور ویژه‌ای قدرتمند است، زیرا داده‌ها را به صورت متوالی و همزمان پردازش کرده و خاطرات را در سیناپس‌های سراسر سیستم ذخیره می‌کند. درحالی‌که رایانه‌ معمولی داده‌ها را تنها به صورت متوالی پردازش و حافظه را در واحد جداگانه‌ای ذخیره می‌کند. سیناپس مصنوعی یک اتصال جوزفسون است که برای مدتی طولانی  در استانداردهای ولتاژ NIST استفاده شده است. این اتصالات ساندویچی از مواد فوق‌رسانا با عایقی به عنوان ماده پرکننده هستند. زمانی‌که جریان الکتریکی در اتصالات از جریان بحرانی تجاوز کند، لبه‌های ولتاژ تولید می‌شوند. سیناپس از الکترودهای استاندارد نئوبیوم استفاده می‌کند، اما دارای عایق پرکننده منحصربه‌فردی در مقیاس نانو، متشکل از خوشه‌های منگنز در زمینه سیلیکونی است. نانوخوشه‌ها (حدود 20000 در هر میکرومتر مربع) مانند آهن‌رباهای نواری کوچک دارای اسپین عمل کرده و می‌توانند به دو صورت تصادفی و یا جهت‌گیری شده قرار بگیرند. درحقیقت نانوخوشه‌ها  اتصالات جوزفسون اصلاح‌شده‌ هستند که می‌توان تعداد معینی از آن‌ها را با جهت‌گیری خاص و یکسان کنترل کرد، که تأثیر به‌سزایی بر روی خاصیت ابررسانایی اتصالات می‌گذارد.

منبع : https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=49245.php

نظر شما