سیستم محاسباتی شبیه به مغز انسان ساخته شد

محققان دانشگاه نورث وسترن و دانشگاه هنگ کنگ دستگاه محاسباتی شبیه مغز ساختند که توانایی یادگیری دارد. نتایج این تحقیق 30 آوریل در مجله Nature Communications منتشر شد.

راز موفقیت این دستگاه در "ترانزیستورهای سیناپسی" آلی و الکتروشیمیایی جدید آن نهفته است که همزمان اطلاعات را دقیقاً همانند مغز انسان پردازش و ذخیره می کند. محققان نشان دادند که این ترانزیستور می‌تواند از انعطاف پذیری کوتاه‌مدت و بلند مدت سیناپس‌ها در مغز انسان تقلید کند و با استفاده از خاطرات یاد گرفته شده با گذشت زمان، یادگیری کند.

این ترانزیستور و مدار جدید با توانایی شبه مغز، می‌تواند به طور بالقوه از محدودیت‌های محاسبات رایج، از جمله سخت‌افزار پر صرفه انرژی و توانایی محدود آنها در انجام همزمان چندین کار، عبور کند. این دستگاه شبه مغز همچنین از تحمل عیب بیشتری برخوردار است و حتی در صورت خرابی برخی از اجزای سازنده به کار خود ادامه می دهد.

جاناتان ریونای، نویسنده ارشد این مطالعه، گفت: «اگرچه کامپیوترهای مدرن بسیار پیشرفته هستند، اما مغز انسان می‌تواند به راحتی در برخی از کارهای پیچیده و بدون ساختار مانند تشخیص الگو، کنترل و یکپارچه سازی چند حسی از آنها بهتر عمل کند. این مزیت به لطف قابلیت انعطاف‌پذیری سیناپس است که عنصر اصلی قدرت محاسباتی مغز است. این سیناپس‌ها مغز را قادر می سازد تا به صورت کاملاً موازی، متحمل کمترین خطا شده و با صرفه جویی در انرژی کار کند. در این پروژه نشان دادیم که ترانزیستور آلی و پلاستیکی ما عملکردهای اصلی یک سیناپس زیستی را تقلید می کند.»

ریونای استادیار مهندسی پزشکی در دانشکده مهندسی مک کورمیک نورث وسترن است. وی با همکاری پدی چان، دانشیار مهندسی مکانیک در دانشگاه هنگ کنگ، این پروژه را هدایت کرده است.

سیستم های محاسبات معمولی و دیجیتال دارای واحد پردازش و ذخیره سازی جداگانه‌ای هستند که باعث می شود کارهای با صرف انرژی بالا انجام شود. در سال‌های اخیر، محققان با الهام از فرآیند ترکیبی محاسبه و ذخیره سازی در مغز انسان، سعی کرده اند و با مجموعه ای از دستگاه ها که مانند شبکه ای از سلول های عصبی کار می کنند، کامپیوترهایی را بسازند که بیشتر شبیه مغز انسان هستند.

جی می‌گوید: «نحوه کار سیستم های محاسبات فعلی این است که حافظه و پردازشگر از هم جدا شده اند. شما محاسبه می کنید و آن اطلاعات را به یک واحد حافظه می فرستید. سپس هر وقت می خواهید این اطلاعات را بازیابی کنید، باید آنها را به خاطر بیاورید. اگر بتوانیم آن دو عملکرد جداگانه را جمع کنیم، می توانیم در فضا و در انرژی صرفه جویی کنیم.»

در حال حاضر، مقاومت حافظه یا "ممریستور" پیشرفته‌ترین فناوری است که می تواند پردازش ترکیبی و عملکرد حافظه را انجام دهد، اما مموریستورها از سوئیچینگ کم هزینه و زیست سازگاری کم رنج می برند. این اشکالات محققان را به سمت ترانزیستور سیناپسی سوق داد، به ویژه ترانزیستور سیناپسی الکتروشیمیایی آلی، که ولتاژ پایین، حافظه قابل تنظیم پیوسته و سازگاری بالا برای کاربردهای زیستی فراهم می کند. البته هنوز هم چالش هایی در مسیر توسعه این فناوری وجود دارد.