Aivojen kaltainen tietokone vedellä ja suolalla

(27.4.2024) Utrechtin yliopiston teoreettiset fyysikot ja Etelä-Korean Sogangin yliopiston kokeelliset fyysikot ovat onnistuneet rakentamaan keinotekoisen synapsin. Tämä synapsi toimii veden ja suolan kanssa ja tarjoaa ensimmäisen todisteen siitä, että järjestelmä, joka käyttää samaa välinettä kuin aivomme, voi käsitellä monimutkaista informaatiota.

Aivomme toimivat käyttämällä väliaineenaan vettä ja liuenneita suolahiukkasia eli ioneja mutta useimmat nykyiset aivojen inspiroimat tietokoneet perustuvat tavanomaisiin kiinteisiin materiaaleihin. Tämä herättää kysymyksen: emmekö voisi saavuttaa aivojen toiminnan uskollisemmin toistavana käyttämällä samaa välinettä?

Tämä kiehtova mahdollisuus on iontronisen neuromorfisen laskennan kasvavan alan ytimessä.

Tutkimuksessaan tieteilijät ovat nyt ensimmäistä kertaa osoittaneet veteen ja suolaan perustuvan järjestelmän, jolla on kyky käsitellä monimutkaista informaatiota, heijastaen näin aivojemme toimivuutta.

Tim Kamsma, Utrechtin yliopiston tohtorikandidaatti ja tutkimuksen johtava kirjoittaja, ilmaisee innostuksensa: "Vaikka keinotekoisia kiinteän materiaalien synapseja on jo olemassa, osoitamme nyt ensimmäistä kertaa, että tämä saavutus voidaan tehdä myös vedellä ja suolalla." Hän korostaa: "Toistamme tehokkaasti neurosolujen käyttäytymistä käyttämällä järjestelmää, joka käyttää samaa väliainetta kuin aivot."

Korealaisten tiedemiesten kehittämä rakenne, jota kutsutaan iontronic-memristoriksi, käsittää kartion muotoisen mikrokanavan, joka on täytetty veden ja suolan liuoksella. Saatuaan sähköimpulsseja nesteessä olevat ionit kulkeutuvat kanavan läpi, mikä johtaa ionipitoisuuden muutoksiin.

Impulssin intensiteetistä (tai kestosta) riippuen kanavan johtavuus säätyy vastaavasti heijastaen neuro-hermosolujen välisten yhteyksien vahvistumista tai heikkenemistä. Konduktanssin muutoksen laajuus toimii tulosignaalin mitattavissa olevana esityksenä.

Lisähavainto on, että kanavan pituus vaikuttaa kestoon, joka tarvitaan pitoisuusmuutosten häviämiseen. "Tämä viittaa mahdollisuuteen räätälöidä kanavia informaation säilyttämiseksi ja käsittelemiseksi eripituisina ajanjaksoina, mikä taas muistuttaa aivoissamme havaittuja synaptisia mekanismeja", Kamsma selittää.

Kamsma korostaa tutkimuksen perustavanlaatuista luonnetta ja korostaa, että iontroninen neuromorfinen laskenta, vaikka se kasvaakin nopeasti, on vielä lapsenkengissään.

Suunniteltu lopputulos on tietokonejärjestelmä, joka on tehokkuudeltaan ja energiankulutukseltaan huomattavasti parempi verrattuna nykyteknologiaan.

Kuitenkin, toteutuuko tämä visio, on tässä vaiheessa spekulaatiota. Siitä huolimatta Kamsma pitää julkaisua merkittävänä askeleena eteenpäin. "Se edustaa ratkaisevaa edistystä kohti tietokoneita, jotka eivät ainoastaan pysty matkimaan ihmisaivojen viestintämalleja, vaan myös hyödyntämään samaa välinettä", hän vakuuttaa.

"Ehkä tämä viime kädessä tasoittaa tietä laskentajärjestelmille, jotka jäljittelevät ihmisaivojen poikkeuksellisia kykyjä uskollisemmin"

Aiheesta aiemmin:

Aivomainen transistori jäljittelee ihmisen älykkyyttä

Materiaali oppii kuin aivot