Stworzyli sztuczną synapsę. Krok od komputera niczym ludzki mózg
Fizykom teoretycznym z Uniwersytetu w Utrechcie wraz z fizykami eksperymentalnymi z Uniwersytetu Sogang w Korei Południowej udało się zbudować sztuczną synapsę. Ta wyjątkowa struktura, działająca na bazie wody i soli, stanowi pierwszy dowód na to, że system wykorzystujący ten sam nośnik informacji, co ludzki mózg, może przetwarzać złożone dane.
Naukowcy budujący komputery od dawna szukają inspiracji w ludzkim mózgu. Ich celem jest naśladowanie jego niezwykłych możliwości. Doprowadziło to do opracowania komputerów przypominających mózg, które odbiegają od tradycyjnego przetwarzania binarnego i obejmują metody analogowe, podobne do naszych mózgów.
Jednak podczas gdy nasze mózgi działają, wykorzystując jako medium wodę i cząsteczki rozpuszczonej soli zwane jonami, większość obecnych komputerów inspirowanych mózgiem opiera się na konwencjonalnych materiałach stałych.
Nasuwa się więc pytanie: czy nasze komputery nie byłyby lepsze, gdybyśmy zastosowali to samo rozwiązanie? Ta intrygująca możliwość leży u podstaw rozwijającej się właśnie dziedziny jontronicznego przetwarzania neuromorficznego.
O komputerach przyszłości przeczytasz na Spider`s Web:
Sztuczna synapsa
Naukowcy po raz pierwszy zademonstrowali system oparty na wodzie i soli wykazujący zdolność przetwarzania skomplikowanych informacji, odzwierciedlającą funkcjonalność naszych mózgów. Kluczem do tego odkrycia jest maleńkie urządzenie o wymiarach 150 na 200 mikrometrów, które naśladuje zachowanie synapsy – istotnego elementu mózgu odpowiedzialnego za przekazywanie sygnałów między neuronami.
Chociaż sztuczne synapsy zdolne do przetwarzania złożonych informacji już istnieją (w oparciu o materiały stałe), teraz po raz pierwszy pokazujemy, że tego wyczynu można dokonać także przy użyciu wody i soli. Skutecznie replikujemy zachowania neuronów za pomocą systemu wykorzystującego to samo medium co mózg. Być może utoruje to drogę systemom komputerowym, które wierniej odtwarzają niezwykłe możliwości ludzkiego mózgu
- mówi Tim Kamsma, doktorant w Instytucie Fizyki Teoretycznej i Instytucie Matematycznym Uniwersytetu w Utrechcie, a także główny autor badania.
Wyniki badania opublikowano w czasopiśmie naukowym Proceedings of the National Academy of Sciences.
Migracja jonów
Urządzenie opracowane przez naukowców z Korei i nazywane memrystorem jonowym składa się z mikrokanalika w kształcie stożka wypełnionego roztworem wody i soli. Po otrzymaniu impulsów elektrycznych jony w cieczy migrują przez kanał, co prowadzi do zmian w stężeniu jonów.
W zależności od intensywności (lub czasu trwania) impulsu przewodność kanału odpowiednio się dostosowuje, odzwierciedlając wzmocnienie lub osłabienie połączeń między neuronami. Stopień zmiany przewodności służy jako mierzalna reprezentacja sygnału wejściowego.
To sugeruje możliwość dostosowania kanałów w celu przechowywania i przetwarzania informacji przez różny czas trwania, ponownie na wzór mechanizmów synaptycznych obserwowanych w naszych mózgach
- wyjaśnia Kamsma.
Znaczący krok naprzód
Kamsma podkreśla fundamentalny charakter badań, zaznaczając, że jontroniczne obliczenia neuromorficzne, choć szybko się rozwijają, są wciąż w powijakach. Przewidywanym rezultatem jest system komputerowy znacznie przewyższający wydajność i zużycie energii w porównaniu z dzisiejszą technologią. Jednak to, czy ta wizja się urzeczywistni, pozostaje na razie w sferze planów.
