בראשונה: מדעני יבמ יצרו נוירונים מלאכותיים המחקים את הלמידה הקוגנטיבית במוח

מדעני יבמ (IBM) הצליחו, בראשונה, ליצור נוירונים מלאכותיים, אשר מחקים את יכולת הלמידה הקוגנטיבית במוח האנושי.

החוקרים הצליחו ליצור רשתות נוירונים (Spiking neurons) תוך שימוש בחומרים משני-פאזה, כדי לאחסן ולעבד את המידע. הישג זה מסמן צעד משמעותי לקראת פיתוח של טכנולוגיות נוירומורפיות, צפופות במיוחד וחסכוניות באנרגיה, לשימוש ביישומים קוגניטיביים.

תוך קבלת השראה ממבנה המוח האנושי ואופן הפעולה שלו, הניחו המדענים, מזה עשרות שנים, שניתן יהיה לחקות את היכולות המחשוביות המגוונות של אוכלוסיות נוירונים. אבל, ביצוע, בפועל, בדחיסות ובהספק שיהיה בר השוואה למערכת הביולוגית, נראה כאתגר משמעותי – עד עכשיו.

תוצאות המחקר הופיעו בשבוע שעבר בשער הירחון Nature Nanotechnology.

בסיס ליכולת הכתיבה מחדש

הנוירונים המלאכותיים שפותחו על ידי מדענים ממעבדת המחקר של הענק הכחול בציריך, מכילים חומרים משני-פאזה, כולל גרמניום אנטימוד טלוריד – המופיע בשתי פאזות יציבות: האחת, אמורפית ללא מבנה מוגדר, והשנייה גבישית עם מבנה. חומרים אלה הם הבסיס ליכולת הכתיבה מחדש על דיסקים בפורמט בלו-ריי. אבל, הנוירונים המלאכותיים אינם אוגרים מידע דיגיטלי. הם אנלוגיים, בדיוק כמו הסינפטות והנוירונים במוח האנושי.

בהדגמה שפורסמה, קבוצת המדענים הפעילה פולסים על הנוירונים המלאכותיים. תוצאתם הייתה התגבשות מתקדמת של החומר משנה-פאזה שגרמה, בסופו של דבר, לנוירון "לירות".

במדעי המוח ידועה פונקצייה זו כתכונת "Integrate and fire" של הנוירון הביולוגי, כאשר סף הגירוי של תא העצב נחצה והוא משדר אותות לתא עצב אחר, ומאתחל את עצמו כהכנה לאירוע נוסף.  זהו הבסיס למחשוב מונחה אירועים ולדוגמה, לדרך בה המוח שלנו מייצר תגובה כאשר אנחנו נוגעים במשהו לוהט.

לזהות מגמות תרבותיות בזמן אמת

כדי למנף תכונה זו, ניתן להשתמש אפילו בנוירון בודד כדי לזהות תבניות ולגלות מתאמים, בזמן אמת, בזרמי נתונים מבוססי אירועים.

בעולם האינטרנט של הדברים, לדוגמה, חיישנים יכולים לאסוף ולנתח נפחי נתונים גדולים של נתוני מזג האוויר הנאספים – כדי לספק תחזיות מהירות. הנוירונים המלאכותיים יכולים גם לזהות תבניות בטרנזקציות פיננסיות, כדי למצוא אי-התאמות, או להשתמש בנתונים מהמדיה החברתית, כדי לזהות מגמות תרבותיות בזמן אמת. ניתן להשתמש באוכלוסיות נרחבות של נוירונים מהירים אלה, שהם ברמת הננו והם חסכוניים באנרגיה, במעבדים נוירומורפיים המשתפים מיקום זיכרון ויחידות עיבוד.

מדעני יבמ הצליחו לארגן מאות נוירונים מלאכותיים לתוך אוכלוסיות, ולהשתמש בהם כדי לייצג אותות מהירים ומורכבים. יותר מכך, הנוירונים המלאכותיים הראו שהם מסוגלים לקיים מיליארדים של מעגלים מתחלפים, שיכולים להקביל לשנות פעילות רבות בתדירות עדכון של 100 הרץ.

האנרגיה הדרושה לכל עדכון נוירון הייתה פחות מחמישה פיקו-ג'אול וההספק הממוצע פחות מ-120 מיקרו-ואט. להשוואה, 60 מליון מיקרו-ואט נדרשים להאיר מנורה של 60 ואט. פיקו-ג'אול הוא מיליונית של מיליונית הג'אול. האנרגיה הדרושה להפעיל נורת 100 ואט למשך שעה היא 360 אלף ג'אולים.