ساخت تراشه ها با الگوبرداری از مغز حشرات

به گزارش کارگروه فناوری اطلاعات سایبربان؛ دانشمندان آزمایشگاه ملی آرگون وزارت انرژی آمریکا، از پیشگامانی هستند که به منظور توسعه تراشه‌های هوش مصنوعی از ذهن زنبورها، مگس‌های میوه و انواع حشرات الگوبرداری می‌کنند. این گونه تراشه‌ها می‌توانند بسیار سریع‌تر از نمونه‌های مشابه یاد گرفته و با شرایط سازگار شوند و به‌طور هم‌زمان به انرژی کمتری نیاز دارند.

آنجل یانگواس-جیل (Angel Yanguas-Gil)، دانشمند ارشد مواد در بخش مواد کاربردی آرگون گفت:

اگر از دیدگاه زیست‌شناسی نگاه کنیم، خودمان، انسان‌ها الگویی برای سامانه‌های هوشمند هستیم؛ اما بسیاری از شاخه‌های دیگر نیز وجود دارد که تکامل‌یافته و قدرت محاسباتی بزرگی را ارائه می‌دهند. حشرات یکی از این نمونه‌ها هستند.

یانگواس شرح داد، محدودیت‌های محاسباتی امروزی، باعث شده است تا پژوهشگران به دنبال جایگزین کردن رویکردهای علمی مختلف برای استفاده در ریزتراشه‌ها و مواد تشکیل‌دهنده‌ها آن‌ها باشند. انسان‌ها در طول 70 در زمینه تجهیزات محاسباتی فیزیکی پیشرفت بسیاری کرده‌اند؛ اما در حال حاضر ادامه‌ی این روند با چالش مواجه شده است؛ زیرا بر پایه قانون مور (Moor Law)، در هر نسل هم‌زمان با افزایش توان پردازشی، ابعاد قطعات کاهش پیدا می‌کند و همین موضوع محدودیت‌هایی را به وجود آورده است. از طرفی الگوریتم‌های یادگیری ماشینی و عمیق در حال تحول هستند؛ اما همچنان نیاز به حجم عظیمی از آموزش داشته و عملکردی بسیار محدود دارند.

الگوبرداری از مغز حشراتی مانند زنبورها، می‌تواند محدودیت‌های یاد شده را از بین برده، سامانه‌هایی هوشمندتر به وجود آورد.

محقق مذکور ادامه داد:

من می‌خواهم، حشره را به عنوان سامانه‌ای خودمختار با سطح انرژی میلی وات در نظر بگیرم. برای نمونه زنبور می‌تواند کیلومترها پرواز کرده و بازگردد. آن‌ها به طور کامل از مسیر رفت و برگشت خود آگاهی دارند، می‌توانند مشکلات را حل کنند و حتی وظایفی را که در حیطه عملکرد آن‌ها قرار ندارد یاد بگیرند.

وی توضیح داد، تکامل حشرات بسیار ظالمانه بوده است. تحقیقات نشان می‌دهند، حشرات هوشمند، سریع‌تر گرسنه می‌شوند؛ زیرا انرژی بیشتری مصرف می‌کنند. این موضوع به آن‌ها اجازه می‌دهد در حالی که محاسبات را انجام می‌دهند، میزان کمی از انرژی را هدر بدهند. این موجودات همچنین از حسگرهای طبیعی مختلفی بهره می‌برند و می‌توانند انواع مواد شیمیایی را تشخیص بدهند، جهت و سرعت باد را پردازش کنند، بر پایه نور خورشید جهت‌یابی کنند و میدان مغناطیسی را حس کنند؛ بنابراین با وجود تعداد کمی نورون، همچنان از حسگرهای پرقدرتی بهره می‌برند.

پژوهشگر یاد شده اظهار کرد، زمانی که پژوهشگران روی مغز انسان تمرکز می‌کنند به علت بشمار بودن تعداد نورون‌ها، با مشکلات بسیاری مواجه می‌گردند؛ اما زنبورعسل و مگس میوه به ترتیب یک‌میلیون و یک‌صد هزار نورون دارند. مورچه‌ها و دیگر جوامع حشرات نیز در اغلب موارد به مانند یک محیط غیرمتمرکز فعالیت کرده و رشد پیدا می‌کنند.

محققان با مطالعه روی ذهن حشرات موفق به ساخت موادی شدند که امکان ایجاد تراشه‌هایی کارآمدتر را فراهم می‌کند. این مواد روی اتصالات عصبی در زمان واقعی تأثیر می‌گذارند. همچنین با توجه به نیاز امکان ایجاد تغییر را در آن‌ها داشته و انرژی کمتری مصرف می‌کند.

آنجل یانگواس-جیل افزود:

اگر شما تراشه‌ای می‌خواهید که مشابه به حشرات کار کنند؛ به موادی نیاز دارید که بتوانند خواص خود را با توجه به نیاز تغییر داده و به شکل پایدار حفظ کنند.

فناوری یاد شده در جهان واقعی از کاربردهای بسیاری برخوردار است. برای مثال آرگون با دانشگاه و شهر شیکاگو همکاری می‌کند تا حسگرهایی هوشمند را در سرتاسر شهر نصب کنند. این تجهیزات توانایی جمع‌آوری و تحلیل داده‌های کیفیت هوا، ترافیک و آب‌وهوا را دارد. تراشه‌های توسعه‌یافته از این حسگرها پشتیبانی کرده در زمان واقعی یاد می‌گیرند و گازهای سمی را تشخیص می‌دهند.

به علاوه امکان بهره‌گیری از نوآوری مذکور در اطراف مناطق حساسی مانند نیروگاه‌های هسته‌ای وجود دارد؛ زیرا می‌توانند تهدیدات و ناهنجاری‌هایی را شناسایی کنند که نمونه‌های فعلی امکان آن را ندارند. همچنین در اکتشافات فضایی نیز کاربرد خواهند داشت.

سازمان دارپا و وزارت انرژی از تحقیقات مذکور پشتیبانی می‌کنند.