ICTPRESS - پژوهشگران آمریکایی از یک تراشه الکترونیکی جدید رونمایی کرده‌اند که به شبیه‌سازی مخچه‌ می‌پردازد و انرژی خود را منحصراً برای موارد غیرمنتظره ذخیره می‌کند.

به گزارش شبکه خبری ICTPRESS به نقل از نوروساینس‌نیوز، مخچه‌ مغز، انرژی خود را صرف تجزیه و تحلیل هر لحظه نمی‌کند. در عوض، دائماً جهان را برای پیش‌بینی اتفاقات غیرمنتظره زیر نظر دارد و تنها زمانی که چیزی ناگهان تغییر کند، وارد عمل می‌شود.

 مهندسان دانشگاه نورث‌وسترن با الهام از این راهبرد فوق‌العاده کارآمد، یک دستگاه الکترونیکی جدید شبیه به مغز را توسعه دادند که انرژی بسیار کمی مصرف می‌کند و فوراً موارد جدید را تشخیص می‌دهد.

این دستگاه در آزمایش‌های اثبات مفهوم، ریتم‌های غیرطبیعی قلب را با دقت بیش از ۹۸ درصد شناسایی کرد. همچنین، این دستگاه تقریباً ۱۰ هزار برابر کمتر از روش‌های هوش مصنوعی مرسوم به عملیات رایانه‌ای نیاز دارد که راه را برای هوش مصنوعی با مصرف مقرون‌به‌صرفه‌تر انرژی هموار می‌کند.

این پیشرفت می‌تواند نسل جدیدی از سیستم‌های هوش مصنوعی کم‌مصرف و همیشه روشن را برای مانیتورهای پوشیدنی سلامت، خودروهای خودران، ربات‌های خودکار و سیستم‌های امنیت سایبری که به تشخیص و واکنش فوری نسبت به رویدادهای غیرمعمول بدون تکیه بر مراکز داده بزرگ و پرمصرف نیاز دارند، فراهم کند.

این دستگاه جدیدترین پیشرفت در تلاش گسترده‌تر آزمایشگاه مارک هرسام، سرپرست این پروژه برای بازنگری سخت‌افزار هوش مصنوعی از پایه است. رایانه‌های معمولی دائماً داده‌ها را بین حافظه و پردازنده‌های فیزیکی مجزا جابه‌جا می‌کنند. این فرآیند، مقدار قابل توجهی انرژی مصرف می‌کند. در عوض، گروه هرسام حافظه و محاسبات را در یک دستگاه به نام ممترانزیستور ادغام می‌کند.

این گروه پژوهشی در پژوهش سال ۲۰۲۳ خود که در مجله Nature Electronics به چاپ رسید، نشان دادند که تنها دو ممترانزیستور می‌توانند وظایف طبقه‌بندی هوش مصنوعی را انجام دهند. این کار بدون ابتکار آنها به بیش از ۱۰۰ ترانزیستور معمولی نیاز داشت. این روش مصرف انرژی را تقریباً ۱۰۰ برابر کاهش داد.

پژوهش جدید آنها، این مفهوم را فراتر از طبقه‌بندی کم‌مصرف سوق می‌دهد. پژوهشگران به جای این که صرفاً سخت‌افزار هوش مصنوعی را کارآمدتر کنند، دستگاه را طوری بازطراحی کردند که از یک مدار خاص در مخچه تقلید کند. این مدار در تشخیص چیزهای جدید و تصمیم‌گیری در کسری از ثانیه عالی عمل می‌کند.

این روش به هوش مصنوعی اجازه می‌دهد تا اطلاعات روزمره را نادیده بگیرد و در عین حال، رویدادهای غیرمنتظره را فوراً مشخص کند. برای مانیتورهای پوشیدنی قلب، این می‌تواند به معنای تشخیص اولین علائم ضربان نامنظم قلب باشد. برای ربات‌ها، این می‌تواند به معنای تشخیص زمانی باشد که شخصی ناگهان در مسیر آنها قرار می‌گیرد و برای سیستم‌های امنیت سایبری می‌تواند به معنای تشخیص فعالیت مشکوک شبکه پیش از تبدیل شدن به یک حمله تمام‌عیار باشد.

مدارهای عصبی مخچه حاوی دو سیگنال رقیب - یکی تحریکی و دیگری مهاری - هستند که دائماً یکدیگر را متعادل می‌کنند. در طول فعالیت طبیعی، سیگنال‌ها در تعادل باقی می‌مانند، اما وقتی اتفاق غیرمنتظره‌ای رخ می‌دهد، این تعادل به طور خلاصه تغییر می‌کند و به مغز هشدار می‌دهد که باید واکنش نشان دهد.

گروه دانشگاه نورث وسترن همین پویایی را در سخت‌افزار خود بازسازی کردند. مهندسان این دستگاه را برای انجام دادن دو نقش متمایز توسعه دادند. در یک حالت، دستگاه مانند یک سیناپس تحریکی رفتار می‌کند و با ادامه سیگنال‌ها، به تدریج واکنش خود را تقویت می‌کند. در حالت دیگر، دستگاه مانند یک سیناپس مهاری عمل می‌کند و در ابتدا به شدت واکنش نشان می‌دهد و سپس به سرعت محو می‌شود. این رفتارهای مکمل در کنار هم، دستگاه را قادر می‌سازند تا درست مانند مخچه، رویدادهای عادی را از رویدادهای واقعاً جدید تشخیص دهد.

هرسام قصد دارد در مرحله بعد، راه‌هایی را برای تقلید از توانایی مخچه در یادگیری و سازگاری با گذشت زمان بررسی کند. به عنوان مثال، اگر یک رویداد غیرمنتظره بارها و بارها رخ دهد، مغز به تدریج یاد می‌گیرد و دیگر آن رویداد تکراری را به عنوان یک اتفاق جدید تلقی نمی‌کند.

این پژوهش در مجله «Nature Communications» به چاپ رسید.