دانشمندان دانشگاه پرینستون، کامپیوتر زنده سهبعدی را توسعه دادند که میتواند سلولهای زنده مغزی را با تجهیزات الکترونیکی پیشرفته ترکیب کند.
به گزارش سرویس علمی تکناک، این دستاورد، توجه پژوهشگران علوم اعصاب و مهندسان هوش مصنوعی را به خود جلب کرده است، چرا که نشان میدهد استفاده از نورونهای واقعی مغز میتواند راهی تازه برای انجام محاسبات پیچیده با مصرف انرژی بسیار اندک فراهم کند.
پژوهشگران در این پروژه از فناوریهای پیشرفته ساخت استفاده کردند تا شبکهای سهبعدی از سیمهای فلزی میکروسکوپی و الکترودها ایجاد کنند. این شبکه با لایهای بسیار نازک و انعطافپذیر از جنس اپوکسی پوشانده شده است. این پوشش از نظر نرمی و لطافت، شباهت زیادی به بافت طبیعی مغز دارد و محیطی مناسب برای رشد سلولهای عصبی فراهم میکند.
دانشمندان، دهها هزار نورون زنده را به صورت مستقیم روی این ساختار پرورش دادند. سلولها بهجای قرار گرفتن روی سطح دستگاه، درون شبکه رشد کردند و با آن پیوند خوردند. این ویژگی، امکان برقراری ارتباط مستقیم تجهیزات الکترونیکی با شبکه عصبی را از درون فراهم کرد؛ مزیتی که در بسیاری از سامانههای قبلی وجود نداشت.
به گفته تیم تحقیقاتی، این سامانه بیش از شش ماه بدون افت عملکرد، پایدار باقی ماند. چنین پایداری بلندمدتی برای پژوهشهای علوم اعصاب اهمیت زیادی دارد، چرا که امکان مشاهده رشد، تغییر و یادگیری شبکههای عصبی زنده را در بازه زمانی طولانی فراهم میکند.
معماری «از درون به بیرون» این سامانه به پژوهشگران اجازه میدهد فعالیت الکتریکی نورونها را ثبت کنند و همزمان به تحریک آنها بپردازند. در نتیجه، خوشهای سهبعدی از سلولهای زنده به سامانهای برنامهپذیر تبدیل شده است که میتواند وظایف محاسباتی مشخصی را انجام دهد.
پژوهشگران در مرحله بعد، الگوریتمی را آموزش دادند که توانست الگوهای پیچیده پالسهای الکتریکی تولیدشده در این سامانه را با دقت شناسایی و تفسیر کند. همچنین این کامپیوتر زنده سهبعدی موفق شد میان منابع مکانی مختلف سیگنالها و الگوهای زمانی متفاوت، تمایز قائل شود. به بیان ساده، این سامانه توانست تشخیص دهد که سیگنال از کجا آمده و در چه زمانی ارسال شده است؛ قابلیتی که به شیوه پردازش اطلاعات در مغز طبیعی شباهت دارد.
محققان اعلام کردند که سامانه در هر دو آزمون، عملکرد دقیقی از خود نشان داده است. آنها امیدوار هستند در آینده، ابعاد و توان این فناوری را گسترش دهند تا بتواند وظایف پیچیدهتری را نیز بر عهده بگیرد.
اگرچه این پروژه در ابتدا با هدف کمک به تحقیقات علوم اعصاب طراحی شد، اما اکنون کاربردهای گستردهتری برای آن مطرح شده است. یکی از مهمترین کاربردها، کاهش مصرف انرژی در هوش مصنوعی مدرن است. امروزه مراکز داده برای اجرای محاسبات سنگین مدلهای هوش مصنوعی، برق بسیار زیادی مصرف میکنند و این مسئله به یکی از چالشهای اصلی صنعت فناوری تبدیل شده است.
دانشمندان معتقد هستند که مغز انسان کارآمدترین سامانه پردازشی شناختهشده است. مغز، وظایفی مانند استدلال، یادگیری و تشخیص الگو را با مصرف انرژی بسیار کمتر از رایانههای دیجیتال انجام میدهد. بر همین اساس، پژوهشگران پرینستون امیدوار هستند با استفاده از سلولهای واقعی مغزی، میانبری برای ساخت رایانههای فوق کممصرف پیدا کنند.
این دستاورد، بخشی از حوزهای نوظهور به نام «محاسبات زیستافزار» به حساب میآید؛ حوزهای که در آن از بافتها و سلولهای زنده برای انجام پردازش اطلاعات استفاده میشود. در سالهای گذشته نیز نمونههای مشابهی معرفی شده بود، اما بیشتر آنها در محیطهای دوبعدی و محدود توسعه یافته بودند.
نتایج این پژوهش در تاریخ ۲۳ آوریل در نشریه علمی Nature Electronics منتشر شد و انتظار میرود مسیر تازهای را در همگرایی زیستشناسی، الکترونیک و هوش مصنوعی بگشاید.
