Araştırmacılar, ilişkilendirme yoluyla öğrenme yeteneğine sahip beyin benzeri bir bilgi işlem cihazı geliştirdiler. Northwestern Üniversitesi ve Hong Kong Üniversitesi’ndeki araştırmacılar; ünlü Fizyolog Ivan Pavlov’un köpeklerinin çanı yiyecekle ilişkilendirmesine benzer bir sistem kullanarak; devrelerini ışığı basınçla ilişkilendirmek için başarılı bir şekilde şartlandırdılar.
Cihazın sırrı, bilgiyi tıpkı insan beyni gibi eşzamanlı olarak işleyen ve depolayan yeni organik, elektrokimyasal “sinaptik transistörlerinde” yatıyor. Araştırmacılar, transistörün; insan beynindeki sinapsların kısa vadeli ve uzun vadeli esnekliğini taklit ederek, zamanla öğrenmek için anılara dayanarak oluşturabildiğini gösterdi. Beyin benzeri yeteneği ile, yeni transistör ve devre; enerji tüketen donanımları ve aynı anda birden fazla görevi yerine getirme konusundaki sınırlı yetenekleri dahil olmak üzere; geleneksel hesaplamanın sınırlamalarının üstesinden gelebilir. Beyin benzeri cihaz ayrıca; daha yüksek hata toleransına sahiptir ve bazı bileşenler arızalandığında bile sorunsuz bir şekilde çalışmaya devam eder.
Northwestern McCormick Mühendislik Okulu Biyomedikal Mühendisi Jonathan Rivnay: “Modern bilgisayar olağanüstü olmasına rağmen, insan beyni; örüntü tanıma, motor kontrol ve çoklu duyusal entegrasyon gibi bazı karmaşık ve yapılandırılmamış görevlerde onu kolayca geride bırakabilir. Bu, beynin hesaplama gücünün temel yapı taşı olan sinapsın esnekliği sayesindedir. Bu sinapslar; beynin son derece paralel, hataya dayanıklı ve enerji açısından verimli bir şekilde çalışmasını sağlar. Çalışmamızda, biyolojik bir sinapsın temel işlevlerini taklit eden organik, plastik transistör kullanıldı.”
Geleneksel bilgi işlemle ilgili sorunlar…
Geleneksel, dijital bilgi işlem sistemleri ayrı işleme ve depolama birimlerine sahiptir ve bu da veri yoğun görevlerin büyük miktarlarda enerji tüketmesine neden olur. Son yıllarda, insan beynindeki birleşik bilgi işlem ve depolama sürecinden ilham alan araştırmacılar; bir nöron ağı gibi işlev gören bir dizi cihazla daha çok insan beyni gibi çalışan bilgisayarlar geliştirmeye çalıştılar.
Araştırmacı Xudong Ji: “Mevcut bilgisayar sistemlerimizin çalışma şekli, hafıza ve mantığın fiziksel olarak ayrılmasıdır. Hesaplama yaparsınız ve bu bilgiyi bir bellek birimine gönderirsiniz. Sonra bu bilgiyi her almak istediğinizde; onu geri çağırmanız gerekir. Bu iki ayrı işlevi bir araya getirebilirsek, yerden tasarruf ve enerji maliyetlerinden tasarruf edebiliriz.”
Şu anda, bellek direnci veya “Xudong Ji”; birleşik işleme ve bellek işlevini gerçekleştirebilen en gelişmiş teknolojidir, ancak memristörler, enerji maliyetli anahtarlama ve daha az biyouyumluluğa sahiptir. Bu dezavantajlar, araştırmacıları özellikle de düşük voltajlarla, sürekli ayarlanabilen bellekle ve biyolojik uygulamalar için yüksek uyumlulukla çalışan organik elektrokimyasal sinaptik transistöre götürdü. Ancak yine de zorluklar var.
Araştırmacı Rivnay: “Yüksek performanslı organik elektrokimyasal sinaptik transistörler bile, yazma işleminin okuma işleminden ayrılmasını gerektirir. Dolayısıyla, belleği saklamak istiyorsanız, onu yazma işleminden ayırmanız gerekir, bu da devrelere veya sistemlere entegrasyonu daha da karmaşık hale getirebilir.”
Gelecek Uygulamalar
Sinaptik devre; plastik gibi yumuşak polimerlerden yapıldığından, esnek tabakalar üzerinde kolaylıkla üretilebilir ve yumuşak, giyilebilir elektronikler, akıllı robotikler, canlı doku ve hatta beyin ile doğrudan arayüz oluşturan implante edilebilir, ayrıca cihazlara kolayca entegre edilebilir.
Araştırmacı Rivnay: “Uygulamamız konseptin bir kanıtı olsa da, önerilen devremiz daha fazla duyusal giriş içerecek şekilde genişletilebilir ve yerinde, düşük güçte hesaplama sağlamak için diğer elektroniklerle entegre edilebilir. Biyolojik ortamlarla uyumlu olduğu için cihaz, yeni nesil biyoelektronik için kritik olan canlı dokuyla doğrudan arayüz oluşturabilir.”
