Superpočítače mohou s ‘umělými synapsemi’ napodobit lidský mozek

Datum 10.08.2016

Stroje s mozkem s podobnými schop­nostmi řešit problémy jako ten lidský, by se nyní, kdy vědci vynalezli mikroskopické miniaplikace, které daleko lépe napodobují spojení mezi neurony v lidském mozku, mohl stát realitou.

“Nový výzkum by mohl vést k lepším robotům, samořiditelným automobilům, lékařským diagnózám, analýzám pro obchodování na burze a lepším využití jiných inteligentních systémů v budoucnu,” řekl Tae-Woo Lee, vědec z univerzity Pohang v Koreji.

Obrovský výpočetní výkon lidského mozku pramení z jeho propojení. Předchozí výzkumy naznačují, že mozek má přibližně 100 miliard neuronů a zhruba 1 biliardu (1015) propojení (jeden milión miliard) s buňkami navzájem. Schéma tyto buňky pohromadě. V každém z těchto spojení, nebo-li synapsí, neuron obvykle vystřelí asi 10 krát za sekundu.V zásadě platí, že lidský mozek může provést asi 10 kvadrilionů operací za sekundu. Ve srovnání, nejrychlejší superpočítač Tianhe-2 v Číně, je schopen provádět až 55 biliard operací za sekundu, podle projektu TOP500, který hodnotí 500 nejvýkonnějších počítačů na světě. Nicméně, předchozí výzkumy naznačují, že lidský mozek spotřebuje jen asi 20 wattů, zatímco Tianhe-2 spotřebuje asi 17,8 megawattů energie.

“Vědci by chtěli stavět počítače, které napodobují výkon a účinnost lidského mozku. Vývoj umělých synapsí se srovnatelným chováním s těmi biologickými bude klíčovým krokem,” řekl Lee.

Až do teď, umělé synapse spotřebovávají mnohem více energie, než ty biologické. Předchozí výzkumy naznačují, že biologická synapse spotřebuje 10 femtojoulů (1 femtojoul = 10-15 joulů) pokaždé, když neuron vystřelí. Nyní, Lee a jeho kolegové vytvořili umělé synapse, které vyžadují jen asi 1,23 femtojoulů na synaptické interakce, což z nich dělá umělé synapse s nejnižší spotřebou energie, které byly vytvořeny.

“Tento výzkum naznačuje, že spotřeba energie a paměťová hustota umělých mozků budou v konečném důsledku těm lidským konkurovat, a dokonce je v budoucnu i překoná,” řekl Lee.

Tyto nové umělé synapse jsou jakési tranzistory, nebo elektronické spínače. Kliknutím na tlačítko zapnout a vypnout, mohou napodobovat způsob, jakým synapse vysílají signál. Vědci vyrobili 144 synaptických tranzistorů na 10 centimetrové destičce. Jádrem těchto zařízení jsou dráty, které jsou 200 až 300 nanometrů (miliardtin metru) široké. (Pro srovnání, průměrný lidský vlas má šířku asi 100 tisíc nanometrů.) Tyto malé rozměry u zařízení pomáhají snížit množství spotřebované energie. Nová zařízení jsou vyrobeny z jednoho druhu organického materiálu obaleného kolem druhého. Tyto materiály pomáhají umělým synapsím zachytit nebo uvolnit elektricky nabité ionty, napodobovat, jak biologické synapse fungují a jak lze elektrický spínač zapnout nebo vypnout, vysvětlili vědci.

Umělé synapse napodobují strukturu dlouhého tvaru a pružnosti lidských nervových vláken. V zásadě mohou vědci také uspořádat tato zařízení v 3D síti, kvůli lepšímu napodobení lidského mozku. Vědci nyní pracují na vývoji organických nanovláken, širokých jen několik desítek nanometrů. Také si myslí, že mohou ještě více snížit spotřebu energie synaptického tranzistoru správným výběrem a struktury materiálů, které používají, řekl Lee.

Eaton 700 x 200 px

Napsat komentář