Ateities kompiuterių kūrėjus įkvepia katės smegenys

Prietaisai, veikiantys panašiai, kaip katės smegenų ląstelės, netrukus gali leisti sukurti kompiuterį, informaciją įsimenantį ir atpažįstantį kaip žmonės.

Tokie į smegenis panašūs prietaisai galėtų priimti sudėtingesnius sprendimus ir vienu metu atlikti daugiau užduočių nei įprasti kompiuteriai, teigia mokslininkai.

„Mes kuriame kompiuterį tokiu pačiu būdu, kaip gamta kuria smegenis“, – teigia Mičigano universiteto kompiuterių inžinierius Wei Lu.

Mikroschemos paprastai priklauso nuo tranzistorių, kurie iš esmės yra jungikliai, įsijungiantys ir įsijungiantys tam, kad duomenis atvaizduotų binariniais skaitmenimis 0 ir 1, rašo LiveScience.com.

Mičigano universiteto tyrėjų kuriami prietaisai tam naudoja atminties tranzistorius – „memristorius“ (angl. memristor). Šie kontūro elementai, kitaip nei kiti, kaupia „prisiminimus“ apie savo praeitį. Kai įtampa išjungiama, jie prisimena, kiek laiko įtampa buvo įjungta ir kokio ji buvo stiprumo.

Šie prietaisai funkcionuoja panašiai kaip sinapsės, jungiančios smegenų ląsteles – neuronus. Sinapsės veikia kaip perkonfigūruojami jungikliai, galintys sukurti iš tūkstančių neuronų sudarytas jungtis. Kaip ir „memristoriai“, jie šias jungtis prisimena pagal iš neuronų gaunamų elektrinių signalų stiprumą ir trukmę.

Vienas iš sudėtingiausių pasaulio superkompiuterių „Dawn“, esantis Lawrence`o Livermore`o nacionalinėje laboratorijoje, gali modeliuoti 1 mlrd. neuronų ir 10 trilijonų sinapsių, o tai viršija katės smegenų galimybes. Vis dėlto, tai didžiulė mašina, turinti daugiau kaip 140 tūkst. centrinių procesorių, kurie sunaudoja milijonus vatų elektros. Be to, šis kompiuteris veikia 100-1000 kartų lėčiau nei katės smegenys.

Įprastame kompiuteryje atminties ir logikos elementai įrengti skirtingose kontūro dalyse, tad kiekvienas atskiras elementas sujungtas tik su saujele kitų, esančių netoliese. Dėl to įprastiniai kompiuteriai dirba linijiniu būdu ir puikiai atlieka ganėtinai paprastas užduotis su ribotu kintamųjų skaičiumi.

Tuo metu smegenys tuo pačiu metu gali atlikti daugybę operacijų. Tai leidžia mums akimirksniu atpažinti veidą, o tą padaryti bandančiam superkompiuteriui prireiktų žymiai daugiau laiko ir energijos sąnaudų.

Dabar Wei Lu įprastoms grandinėms sujungti panaudojo „memristorius“.

„Sumanymas yra panaudoti visiškai kitą paradigmą, nei naudojama tradiciniuose kompiuteriuose“, – aiškino mokslininkas.

Wei Lu ir jo kolegų sukurta sistema, vienu „memristoriumi“ sujungianti dvi elektronines grandines, panašiai, kaip sinapsė sujungia du neuronus smegenyse, pagerina mokymosi ir atminties gebėjimus. Ši sistema remiasi neuronus jungiančių ryšių gebėjimu sustiprėti, kai jie stimuliuojami vienas kito atžvilgiu. Tai, manoma, sudaro žinduolių smegenyse vykstančių atminties ir mokymosi procesų esmę.

Mokslininkai siekia sukurti katės protiniams gebėjimams prilygstančias elektrines smegenis, kurios, pavyzdžiui, kiekvieną kartą galėtų pasirinkti trumpiausią atstumą, kaip nuo durų nubėgti iki sofos baldų pilname name, net jei sofa kiekvieną kartą stovėtų vis kitoje vietoje.

„Įsivaizduoju, kad gynybos departamentas norėtų tokius protingus kompiuterius montuoti prie ginklų ar nepilotuojamų mašinų, pavyzdžiui, radijo bangomis valdomų laivų ir mašinų. Kompiuteriai galėtų patys priimti sprendimus, nesiųsdami valdytojams vaizdų ir nelaukdami komandų“, – teigė Wei Lu.

Kitas mokslininkų žingsnis – sukurti didesnę sistemą su šimtais dirbtinių neuronų ir „memristorių“. Galutinis tikslas – superkompiuteriui savo gebėjimais prilygstanti mašina, ne didesnė kaip dviejų litrų sodos butelis.

„Dabar jau įmanoma sukurti kaip smegenys funkcionuojantį kompiuterį, naudojant elektronines detales, pirmiausia – tranzistorius ir memristorius“, – kalbėjo Wei Lu.

„Memristoriai“ taip pat galėtų padėti įprastiniams kompiuteriams neatsilikti nuo Moore`o dėsnio, tvirtinančio, kad kompiuterių galingumas kas dvejus metus turi padvigubėti, reikalavimų.

„Hewlett-Packard Labs“ mokslininkai nustatė, kad „memristoriai“ gali atlikti skaičiavimus. Tai reiškia, kad loginės funkcijos gali būti atliekamos mikroschemose, kuriose duomenys saugomi, vietoj jo, kad jie vyktų specialiuose centriniuose duomenų apdorojimo blokuose, kaip yra dabar.

Kitaip tariant, ateityje kompiuteriai bus galingesni ne dėl galingesnių procesorių, bet dėl didėjančio skaičiavimų atlikimo efektyvumas, teigia Wei Lu.

Jo ir kolegų išsamius savo tyrimų rezultatus paskelbs šio mėnesio žurnalo „Nano Letters“ numeryje.