محققان یک کامپیوتر آنالوگ ساخته اند که از امواج آب برای پیش بینی بی نظمی های آینده استفاده می کند.
به گزارش تکناک، آیا کامپیوتر می تواند مانند یک انسان از گذشته درس بگیرد و اتفاقات بعدی را پیش بینی کند؟ شاید از شنیدن این که برخی از مدلهای پیشرفته هوش مصنوعی میتوانند به این موفقیت دست یابند تعجب کنید، در این ارتباط کامپیوتری شبیه یک مخزن آب ساخته شده که برای پیش بینی های آینده کاربرد دارد.
محققان یک کامپیوتر اثبات مفهوم کوچک ساختهاند که از آب جاری به جای یک پردازنده مدار منطقی سنتی استفاده میکند و رویدادهای آینده را از طریق رویکردی به نام محاسبات مخزن پیشبینی میکند.
در آزمایشهای معیار، این کامپیوتر آنالوگ در به خاطر سپردن دادههای ورودی و پیشبینی رویدادهای آینده به خوبی عمل کرد و حتی در برخی موارد بهتر از یک کامپیوتر دیجیتال با کارایی بالا نشان داد.
پس چگونه کار می کند؟
دو بچه به نام های آلیس و باب را تصور کنید که در لبه یک برکه بازی می کنند. باب سنگ های بزرگ و کوچک را به شکل تصادفی.یکی یکی در آب می اندازد.
سنگ های بزرگ و کوچک امواج آب با اندازه های مختلف ایجاد می کنند. آلیس امواج آب ایجاد شده توسط سنگ ها را تماشا می کند و یاد می گیرد که پیش بینی کند امواج بعدی به چه شکل خواهند بود و از این طریق، می تواند ایده ای داشته باشد که باب چه سنگی را پرتاب خواهد کرد.
کامپیوترهای مخزن فرآیند استدلالی را که در مغز آلیس اتفاق میافتد کپی میکنند. آنها می توانند از ورودی های گذشته برای پیش بینی رویدادهای آینده یاد بگیرند.
اگرچه کامپیوترهای مخزنی برای اولین بار با استفاده از شبکههای عصبی (برنامههای کامپیوتری که بر اساس ساختار نورونهای مغز هستند) پیشنهاد شدند، آنها همچنین میتوانند با سیستمهای فیزیکی ساده ساخته شوند.
کامپیوترهای مخزن، کامپیوترهای آنالوگ هستند. یک کامپیوتر آنالوگ به طور مداوم داده ها را نشان می دهد، برخلاف کامپیوترهای دیجیتال که داده ها را به صورت ناگهانی در حال تغییر باینری «صفر» و «یک» نشان می دهند.
نمایش دادهها بهصورت پیوسته، کامپیوترهای آنالوگ را قادر میسازد تا رویدادهای طبیعی خاصی را مدلسازی کنند، رویدادهایی که در نوعی توالی غیرقابل پیشبینی به نام «سریهای زمانی آشفته» رخ میدهند.
چگونه پیش بینی کنیم
برای درک اینکه چگونه میتوانیم از رایانه مخزن برای پیشبینی استفاده کنیم، تصور کنید رکوردی از بارندگی روزانه در سال گذشته دارید و یک سطل پر از آب در نزدیکی خود دارید. سطل مخزن محاسباتی ما خواهد بود.
ثبت بارندگی روزانه را با استفاده از وارد کردن سنگ در سطل انجام می دهیم. برای یک روز بارانی سبک، سنگ کوچکی پرتاب می کنیم و برای یک روز بارانی شدید، یک سنگ بزرگ. برای یک روز بدون باران، سنگ پرتاب نمی کنیم.
هر سنگ امواجی را ایجاد می کند، که در اطراف سطل پخش می شوند و با امواج ایجاد شده توسط سنگ های دیگر تعامل می کند.
در پایان این فرآیند، وضعیت آب در سطل به ما یک پیش بینی می دهد. اگر فعل و انفعالات امواج جدید بزرگی ایجاد کند، می توان گفت رایانه مخزن ما باران های شدید را پیش بینی می کند. اما اگر کوچک هستند، باید منتظر باران خفیف باشیم.
همچنین ممکن است امواج یکدیگر را خنثی کنند و سطح آب ساکن را تشکیل دهند. در این صورت نباید منتظر باران باشیم.
این مخزن یک پیش بینی آب و هوا انجام می دهد زیرا امواج در سطل و الگوهای بارندگی در طول زمان با پیروی از قوانین فیزیک یکسان تکامل می یابند.
بسیاری از فرآیندهای طبیعی و اجتماعی-اقتصادی دیگر نیز همینطور هستند. این بدان معناست که یک کامپیوتر مخزن نیز می تواند بازارهای مالی و حتی انواع خاصی از فعالیت های انسانی را پیش بینی کند.
امواج با ماندگاری بیشتر
کامپیوتر مخزن “سطل آب” محدودیت هایی دارد. برای مثال، امواج کوتاه مدت هستند. برای پیشبینی فرآیندهای پیچیدهای مانند تغییرات آب و هوایی و رشد جمعیت، به مخزنی با امواج بادوامتر نیاز داریم.
یک گزینه “سالیتون” است. این امواج خودتقویت کننده هستند که شکل خود را حفظ کرده و برای مسافت های طولانی حرکت می کنند.
برای کامپیوتر مخزن خود، از امواج فشرده شبیه سالیتون استفاده کردیم. اغلب چنین امواجی را در سینک حمام یا آب خوری می بینید.
در کامپیوتر ما، یک لایه نازک از آب روی یک صفحه فلزی کمی شیبدار جریان دارد. یک الکتروپمپ کوچک سرعت جریان را تغییر می دهد و امواج منفرد ایجاد می کند.
ما یک ماده فلورسنت اضافه کردیم تا آب زیر نور ماوراء بنفش بدرخشد تا اندازه امواج را دقیقاً اندازه گیری کنیم.
پمپ نقش سقوط سنگ را در بازی آلیس و باب ایفا می کند، اما امواج منفرد با امواج روی سطح آب مطابقت دارد. امواج انفرادی بسیار سریعتر حرکت می کنند و عمر طولانی تری نسبت به امواج آب در یک سطل دارند، که به کامپیوتر ما اجازه می دهد تا داده ها را با سرعت بالاتری پردازش کند.
بنابراین، عملکرد آن چگونه است؟
ما توانایی رایانه خود را برای به خاطر سپردن ورودی های گذشته و پیش بینی مجموعه معیاری از داده های آشفته و تصادفی آزمایش کردیم. کامپیوتر ما نه تنها همه وظایف را به طور استثنایی به خوبی اجرا کرد، بلکه از یک رایانه دیجیتالی با کارایی بالا که وظیفه مشابهی داشت نیز بهتر عمل کرد.
با همکارم آندری پوتوتسکی، ما همچنین یک مدل ریاضی ایجاد کردیم که به ما امکان میدهد ویژگیهای فیزیکی امواج منفرد را بهتر درک کنیم.
در مرحله بعد، ما قصد داریم کامپیوتر خود را به عنوان یک پردازنده میکروسیال کوچک کنیم. امواج آب باید قادر به انجام محاسبات در داخل تراشه ای باشند که مشابه تراشه های سیلیکونی مورد استفاده در هر گوشی هوشمند عمل می کند.
در آینده، رایانه ما ممکن است بتواند پیشبینیهای بلندمدت قابل اعتمادی را در زمینههایی مانند تغییرات آب و هوایی، آتشسوزیهای جنگلی و بازارهای مالی با هزینه بسیار پایینتر و دسترسی گستردهتر نسبت به ابررایانههای فعلی ارائه دهد.
رایانه ما نیز به طور طبیعی در برابر حملات سایبری مصون است زیرا از داده های دیجیتالی استفاده نمی کند.
چشم انداز این است که یک کامپیوتر مخزن میکروسیال مبتنی بر سالیتون علم داده و یادگیری ماشین را به جوامع روستایی و دورافتاده در سراسر جهان بیاورد. اما در حال حاضر، کار تحقیقاتی ادامه دارد.
