Araştırmacılar nano ölçekli cihazda beyin benzeri davranışlar gözlemliyor
UCLA bilim adamları son zamanlarda düşünme makineleri yaratma üzerine araştırmalar yapıyor. James Gimzewski ve Adam Stieg, bu hedefte önemli bir adım atan uluslararası bir araştırma ekibinin bir parçası.
Japonya Ulusal Malzeme Bilimi Enstitüsü’ndeki araştırmacılar tarafından yönetilen ekip, beynin belirli davranışlarına benzer özellikler sergileyen- öğrenme, ezber, unutkanlık, uyanıklık ve uyku- deneysel bir cihaz geliştirdi. Bilimsel Raporlar’da (Scientific Reports-Natura) yayınlanan makale, sürekli akış halindeki bir ağı açıklamaktadır.
UCLA’nın seçkin bir kimya ve biyokimya profesörü, UCLA California Nano Sistemler Enstitüsü üyesi ve çalışmanın ortak yazarı Gimzewski, “Bu, düzen ve kaos arasındaki, kaosun kenarında bir sistem” dedi. “Cihazın sürekli olarak gelişip kayması insan beynini taklit ediyor. Kendilerini tekrar etmeyen farklı davranış kalıpları ortaya çıkarabilir.”
Araştırma, nihayetinde beyine fiziksel ve işlevsel olarak benzeyen bilgisayarlara yol açabilecek bir yol boyunca atılan erken bir adımdır- çağdaş bilgisayarların mücadele ettiği ve günümüz bilgisayarlarından çok daha az güç gerektirebilecek makineler çözebilecek makineler.
Araştırmacıların çalıştığı cihaz, ortalama çapı sadece 360 nanometre olan gümüş nanotellerden oluşan bir karışıklıktan yapılmıştır. (Bir nanometre bir metrenin milyarda biridir.) Nanoteller yaklaşık 1 nanometre kalınlığında bir yalıtım polimeri ile kaplanmıştır. Genel olarak, cihazın kendisi yaklaşık 10 milimetrekare ölçtü.
Bir silikon gofret üzerinde rastgele kendi kendine bir araya getirilmesine izin verilen nanoteller, beynin dil, algı ve biliş gibi daha yüksek işlevlerle ilişkili olan neokorteksi oluşturanlara oldukça benzer olan oldukça birbirine bağlı yapılar oluşturdu.
Nanotel ağını geleneksel elektronik devrelerden ayıran bir özellik, bunların içinden akan elektronların ağın fiziksel konfigürasyonunun değişmesine neden olmasıdır. Çalışmada, elektrik akımı gümüş atomlarının polimer kaplamasından göç etmesine ve iki nanotelin örtüştüğü bağlantılar oluşturmasına neden oldu. Sistem, beyin hücrelerinin bağlandığı ve iletişim kurduğu sinapslara benzeyen bu kavşakların yaklaşık 10 milyonuna sahipti.
Araştırmacılar, ağın nasıl performans gösterdiğini belirlemek için beyin benzeri ağa iki elektrot bağladılar. “Ortaya çıkan davranışlar” ı gözlemlediler, yani ağ, onu oluşturan münferit parçalara atfedilemeyen özellikleri bir bütün olarak gösterdi. Bu, ağı beyne benzeten ve geleneksel bilgisayarlardan ayıran başka bir özelliktir.
Ağdan akım geçtikten sonra, nanoteller arasındaki bağlantılar bazı durumlarda bir dakika kadar devam etti, bu da beyindeki öğrenme ve ezberleme sürecine benziyordu. Diğer zamanlarda, şarj bittikten sonra bağlantılar aniden kapanarak beynin unutma sürecini taklit eder.
Diğer deneylerde, araştırma ekibi, daha az güç akışı ile cihazın, uyuyan bir kişinin beyninin görüntülerini çekmek için fonksiyonel MRG taramasını kullandıklarında sinirbilimcilerin gördüklerine karşılık gelen davranış sergilediğini buldu. Daha fazla güçle, nanotel ağının davranışı uyanık beynin davranışına karşılık geldi.
Makale, nanotel ağlarını beyinden ilham alan bir sistem olarak inceleyen bir dizi yayının en sonuncusu, Gimzewski’nin bir UCLA araştırma bilimcisi ve CNSI’nin ortak direktörü Stieg ile birlikte öncülere yardımcı olduğu bir araştırma alanı.
Çalışmanın ortak yazarı Stieg, “Yaklaşımımız , hem enerji tasarruflu olan hem de modern bilgisayarların sınırlarına meydan okuyan karmaşık veri kümelerini işleyebilen yeni donanım türleri oluşturmak için yararlı olabilir” dedi.
Nanotel ağının sınır-kaotik aktivitesi sadece beyindeki sinyale değil, aynı zamanda hava durumu kalıpları gibi diğer doğal sistemlere de benzemektedir. Bu, daha da geliştirilmesi ile cihazın gelecekteki sürümlerinin bu tür karmaşık sistemlerin modellenmesine yardımcı olabileceği anlamına gelebilir.
Diğer deneylerde, Gimzewski ve Stieg zaten, önceki yılların trafik verilerine dayanarak Los Angeles trafik modellerindeki istatistiksel eğilimleri başarılı bir şekilde tahmin etmek için gümüş bir nanotel cihazını zaten kandırdılar.
Beynin iç işleyişine benzerlikleri nedeniyle, nanotel teknolojisine dayanan gelecekteki cihazlar da beynin kendi işlemesi gibi enerji verimliliği gösterebilir. İnsan beyni, 20 watt’lık bir akkor ampulün kullandığı enerjiye eşit bir güçle çalışır. Aksine, iş yoğun görevlerin gerçekleştiği bilgisayar sunucuları – makine öğrenimi için eğitimden internet aramaları yapmaya kadar – eşlik eden karbon ayak izi ile birçok ailenin enerji değerine eşdeğer olabilir.
Gimzewski, “Çalışmalarımızda, mevcut bilgisayarları yeniden programlamaktan daha geniş bir misyonumuz var” dedi. “Vizyonumuz, sonunda insanın işleyiş şekline daha yakın olan görevleri yerine getirebilecek bir sistemdir.”