Umjetni neuroni i sinapse

Kada bi vam rekli "umjetni neuroni" (artificial neurons), koju biste sliku stvorili red očima? Neurone uzgajane iz matičnih stanice? Sistem žica? Super-kompjuter?

Kompjuterski čipovi koji rade zahvaljujući fenomenu superprovodljivosti, rađeni po modelu nervnog sistema su dostignuće opisano u Science Advances, u radu pod naslovom "Ultralow power artificial synapses using nanotextured magnetic Josephson junctions", objavljenom 26. januara 2018. 

Već neko vrijeme naučnici i inženjeri rade na tome da igrade efikasne superkompjutere koji bi imitirali ljudski mozak i način njegovog umreženja. To je radio IBM sa procesorom True North, a Google stvara sisteme koji mogu učiti. Problem je što, čak i kada se stvaraju Deep learning tipovi vještačke inteligencije, ne postoji odgovarajući hardver koji bi mogao pokretati ovaj softver.

Sada, na američkom Nacionalnom institutu za tehnologiju i standarde (NIST) pokušavaju razviti nešto što bismo mogli nazvati "neuromorfni" hardver koji imitira ljudski mozak tj. hardver koji bi mogao efikasnije pokretati softver koji nalikuje onome što se dešava u ljudskom mozgu. 

Kako se razlikuju "neuromorfni" sistemi od standardnih? Klasični procesori obrađuju informaciju koja je zapisana u vidu nula i jedinica, klasični bit. Neuromorfni uređaji akumuliraju male količine informacija iz različitih izvora, mijenjaju te informacije u drugi tip signala i onda "ispaljuju" informaciju samo onda kada je potrebno, baš kao naš nervni sistem. Kao kad vi igrate košarke sa vašim timom, vaš mozak procesuira način igranja i dešavanja na terenu, a onda, kada vama neko proslijedi loptu, vaš mozak šalje signal vašim rukama da je vode, nogama da skočite itd. 

Umjetna sinapsa, prekidač, mikrograf izvor:NIST

Rezultat toga je da neuromorfni uređaji trebaju manje energije za rad. To je dobra stvar, međutim, za razliku od pravih neurona i informacije u vidu električnog impulsa duž naših neurona, ovi uređaji ne mogu savladati procjep, tj. sinapsu. Impuls ne može "preskočiti" procjep. 

Sada tim Michaela Schneidera sa spomenutog NIST-a pokušava "prebaciti" električni impuls preko procjepa između tranzistora pooću posebnih elektroda izrađenih od niobija, metala koji na niskim temperaturama ima svojstva superprovodnika, tj, provodi elektricitet bez otpora. Procjepi između dva superprovodnika, analozi sinapsama u nervnom sistemu, ispunjeni su česticama mangana, koji bi ovdje bio analog neurotransmiterima. Ovaj mangan reaguje na magnetno polje i mijenjajući jačinu magnetnog polja u "sinapsi", naučnici mogu usmjeriti čestice mangana u određenom pravcu.

Na ovaj način ti kompjuteri mogu pohranjivati ne samo podatke o elektricitetu (0 ili 1) nego i o magnetnom polju. Sam princip premoštavanja procjepa je vještačka sinapsa, ako ćemo se služiti biološkom terminologijom, ali elektrotehnika i inženjerstvo bi za ovo rekli da je nova vrsta prekidača. 

Međutim, ovakvi uređaji su još daleko od praktične upotrebe,  obzirom na to da moraju raditi na vrlo niskim temperaturama, kako bi provodnici funkcionisali kao superprovodnici.