ساخت دستگاهی شبیه مغز که یادگیری انسان را شبیه‌سازی میکند
ساخت دستگاهی شبیه مغز که یادگیری انسان را شبیه‌سازی میکند
دانشمندان با الگو گرفتن از مغز، دستگاهی ساخته‌اند که می‌تواند به وسیله ارتباط برقرار کردن، آموزش ببیند.
ایوان پاولوف فیزیولوژیست مشهور، در آزمایش خود به یک سگ آموزش داد که صدای زنگ را به غذا ارتباط دهد.
محققان دانشگاه نورث وسترن و دانشگاه هنگ کنگ مدار خود را برای ارتباط نور با فشار با موفقیت شرطی کردند. این پژوهشگران، به جای زنگ و غذا، مدار را طوری تنظیم کردند که با کم و زیاد کردن نور یک لامپ ال‌ای‌دی و فشار انگشت بعد از آن، نور و فشار را به هم ربط دهد. دستگاه با کمک مواد الکتروشیمیایی آلی، حافظه پیدا کرد و مدار پس از پنج دور تمرین، نور را به فشار ربط داد؛ تا حدی که نور به تنهایی هم توانست فشار را تحریک کند.
راز این دستگاه در "ترانزیستورهای سیناپسی" ارگانیک و الکتروشیمیایی جدید آن نهفته است که اطلاعات را دقیقاً مانند مغز انسان پردازش و ذخیره میکند.
این روش جدید، با گذشت زمان بسیاری از محدودیت‌های علوم سنتی کامپیوتر را برطرف خواهد کرد.
جاناتان ریونای، استادیار مهندسی پزشکی در دانشگاه نورت‌وسترن، گفت: «با این که کامپیوترهای امروزی فوق‌العاده‌اند، اما مغز انسان به راحتی می‌تواند در انجام کارهای پیچیده و غیرساختاری مانند تشخیص الگوها، کنترل حرکتی و ادغام چند حسی، از آن پیشی بگیرد. این موضوع به دلیل انعطاف سیناپس است که در واقع زیربنای اصلی قدرت محاسباتی مغز است. مغز به کمک این سیناپس‌ها، به روشی کاملا موازی، خطاپذیر و کم‌مصرف عمل میکند و از عملکردهای اصلی یک سیناپس بیولوژیک تقلید میکند.»
سیستم‌های رایانه‌ای معمولی و دیجیتال دارای واحدهای پردازش و ذخیره‌سازی جداگانه‌ای هستند که باعث می‌شود کارهای پرمصرف مقدار زیادی انرژی مصرف کنند.
شودانگ جی، محقق فوق دکترا در گروه دکتر ریونای، توضیح داد که هدفشان این است که «این دو عملکرد جداگانه را با هم ادغام کنند» تا «در فضا و انرژی هزینه شده، صرفه‌جویی شود.»
در سال‌های اخیر، پژوهشگران برای ترکیب واحدهای پردازش و حافظه مانند مغز انسان، از مقاومت حافظه‌دار یا «ممریستورها» استفاده کرده‌اند اما آن‌ها هم انرژی زیادی مصرف می‌کنند و از لحاظ زیستی سازگاری کمتری دارند؛ یعنی نمی‌توان آن‌ها را در مصارف بیولوژیکی به کار برد.
محققان دانشگاه نورث وسترن و دانشگاه هنگ کنگ مدار خود را برای ارتباط نور با فشار با موفقیت شرطی کردند. این پژوهشگران، به جای زنگ و غذا، مدار را طوری تنظیم کردند که با کم و زیاد کردن نور یک لامپ ال‌ای‌دی و فشار انگشت بعد از آن، نور و فشار را به هم ربط دهد. دستگاه با کمک مواد الکتروشیمیایی آلی، حافظه پیدا کرد و مدار پس از پنج دور تمرین، نور را به فشار ربط داد؛ تا حدی که نور به تنهایی هم توانست فشار را تحریک کند.
راز این دستگاه در "ترانزیستورهای سیناپسی" ارگانیک و الکتروشیمیایی جدید آن نهفته است که اطلاعات را دقیقاً مانند مغز انسان پردازش و ذخیره میکند.
این روش جدید، با گذشت زمان بسیاری از محدودیت‌های علوم سنتی کامپیوتر را برطرف خواهد کرد.
جاناتان ریونای، استادیار مهندسی پزشکی در دانشگاه نورت‌وسترن، گفت: «با این که کامپیوترهای امروزی فوق‌العاده‌اند، اما مغز انسان به راحتی می‌تواند در انجام کارهای پیچیده و غیرساختاری مانند تشخیص الگوها، کنترل حرکتی و ادغام چند حسی، از آن پیشی بگیرد. این موضوع به دلیل انعطاف سیناپس است که در واقع زیربنای اصلی قدرت محاسباتی مغز است. مغز به کمک این سیناپس‌ها، به روشی کاملا موازی، خطاپذیر و کم‌مصرف عمل میکند و از عملکردهای اصلی یک سیناپس بیولوژیک تقلید میکند.»
سیستم‌های رایانه‌ای معمولی و دیجیتال دارای واحدهای پردازش و ذخیره‌سازی جداگانه‌ای هستند که باعث می‌شود کارهای پرمصرف مقدار زیادی انرژی مصرف کنند.
شودانگ جی، محقق فوق دکترا در گروه دکتر ریونای، توضیح داد که هدفشان این است که «این دو عملکرد جداگانه را با هم ادغام کنند» تا «در فضا و انرژی هزینه شده، صرفه‌جویی شود.»
در سال‌های اخیر، پژوهشگران برای ترکیب واحدهای پردازش و حافظه مانند مغز انسان، از مقاومت حافظه‌دار یا «ممریستورها» استفاده کرده‌اند اما آن‌ها هم انرژی زیادی مصرف می‌کنند و از لحاظ زیستی سازگاری کمتری دارند؛ یعنی نمی‌توان آن‌ها را در مصارف بیولوژیکی به کار برد.
دکتر ریونای گفت: «در شرایطی که برنامه ما مفهوم را ثابت میکند، مدار پیشنهادی ما می‌تواند حسگرهای داخلی بیشتری داشته باشد و با سایر لوازم الکترونیک ادغام شود تا کاربرد در محل و کم‌مصرف را، امکان‌پذیر کند. این دستگاه چون با محیط‌‌های بیولوژیک سازگار است، می‌تواند مستقیم با بافت زنده ارتباط برقرار کند؛ امری که برای ابزارهای بیوالکترونیک نسل بعدی ضروری است.»
این تحقیق در مجله Nature Communications منتشر شده است.
منبع:
nanowerk.com
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
لطفا با اشتراک گذاری نظرات خود، ما را در توسعه این بخش از سایت یاری کنید
