پژوهشگران دانشگاه ماساچوست امهرست نورون مصنوعی ساختهاند که از نظر عملکرد الکتریکی شباهت زیادی به نورونهای طبیعی در مغز انسان دارد و تنها با ولتاژی معادل ۰.۱ ولت کار میکند.
به گزارش تکناک، این دستاورد میتواند مسیر توسعه رایانههای فوقکارآمد و دستگاههای پزشکی پیشرفته را هموار کند.
مغز انسان با وجود آنکه میلیاردها نورون را در خود جای داده است و روزانه حجم عظیمی از اطلاعات را پردازش میکند، تنها به حدود ۲۰ وات انرژی نیاز دارد. این در حالی است که یک مدل هوش مصنوعی بزرگ مانند ChatGPT برای انجام پردازش مشابه، بیش از یک مگاوات برق مصرف میکند. همین شکاف بزرگ در مصرف انرژی باعث شده است که دانشمندان سالها به دنبال راهکاری برای تقلید از کارایی مغز انسان باشند.
شوآی فو، دانشجوی دکتری مهندسی برق و رایانه و نویسنده اصلی مقاله در این باره گفت: «مغز ما در مقایسه با هر سامانه محاسباتی مدرن، بهرهوری انرژی بسیار بالاتری دارد. ما تلاش کردهایم با طراحی نورون مصنوعی جدید، فاصله میان محاسبات زیستی و الکترونیکی را کاهش دهیم.»
پژوهشگران پیشتر تلاشهای بسیاری برای ساخت نورونهای مصنوعی انجام داده بودند، اما بیشتر این نسخهها برای فعالیت به ولتاژ و توان بسیار بالاتری نسبت به نورونهای طبیعی نیاز داشتند. یون یائو، استاد مهندسی برق و رایانه و نویسنده ارشد این مطالعه بیان کرد: «نمونههای قبلی حداقل ده برابر ولتاژ و صد برابر انرژی بیشتری مصرف میکردند. این موضوع علاوه بر ناکارآمدی، مانع از ارتباط مستقیم نورونهای مصنوعی با نورونهای زیستی میشد.»
اکنون تیم تحقیقاتی توانسته است با استفاده از نانوسیمهای پروتئینی، نورونی بسازد که تنها با ۰.۱ ولت فعالیت میکند؛ ولتاژی که دقیقاً با نورونهای بدن انسان برابری میکند. این ویژگی نهتنها مصرف انرژی را به شدت کاهش میدهد، بلکه امکان یکپارچگی نورونهای مصنوعی با سلولهای زنده را نیز فراهم میسازد.
نانوسیمهای پروتئینی بهکاررفته در این فناوری از باکتری Geobacter sulfurreducens استخراج شدهاند؛ باکتری که به طور طبیعی قادر به تولید الکتریسیته است. تیم یائو در سالهای اخیر با استفاده از همین نانوسیمها دستاوردهای خلاقانه دیگری نیز داشته است؛ از جمله «پوسته زیستی تغذیهشونده از عرق» که میتواند دستگاههای کوچک را روشن کند، «بینی الکترونیکی» برای شناسایی بیماریها و حتی ابزاری که قادر است از رطوبت هوا برق تولید کند.
پژوهشگران بر این باور هستند که کاربردهای نورون مصنوعی کمولتاژ بسیار گسترده خواهد بود. از رایانههای زیستالهام گرفته که عملکردی مشابه مغز دارند، تا دستگاههای پزشکی و پوشیدنیهایی که میتوانند به طور مستقیم با بدن ارتباط برقرار کنند.
یائو در این باره توضیح داد: «امروز انواع حسگرهای پوشیدنی برای پایش بدن طراحی شدهاند، اما اغلب پرمصرف و پیچیده هستند. این حسگرها برای انتقال داده به رایانه، نیازمند تقویت سیگنال هستند؛ فرایندی که توان مصرفی و پیچیدگی مدار را افزایش میدهد. اما با نورونهای جدید ما، این گام اضافه حذف میشود و حسگرها میتوانند بدون هیچ تقویتی، دادهها را پردازش کنند.»
به اعتقاد کارشناسان، این فناوری میتواند تحولی بنیادین در حوزههای مختلف از جمله رایانههای کممصرف، هوش مصنوعی و پزشکی به وجود آورد. به بیان سادهتر، گامی به سوی ساخت دستگاههایی است که با الهام از مغز انسان، هم بسیار کارآمدتر هستند و هم قابلیت ادغام مستقیم با سیستمهای زیستی را دارند.
این پروژه با حمایت دفتر تحقیقات ارتش آمریکا، بنیاد ملی علوم، مؤسسه ملی سلامت و بنیاد آلفرد پی. اسلون انجام شده است و انتظار میرود که در سالهای آینده شاهد توسعه فناوریهای متنوعتری بر پایه این نورونهای مصنوعی باشیم.
