Kapljice naučene da igraju iks-oks imaju značaj za energetski efikasnu kompjutersku tehnologiju

Veštačka inteligencija i visokoefikasno računarstvo povećavaju potražnju za velikim izvorima energije. Međutim, neuromorfno računarstvo, koje nastoji na imitaciji strukture i funkcije ljudskog mozga, moglo bi predstavljati novu paradigmu za energetski efikasne kompjutere.

U tom cilju su istraživači iz Nacionalne laboratorije Lorens u Livermoru u Kaliforniji kreirali platformu na bazi kapljica koja koristi jone za izvođenje jednostavnih neuromorfnih računica. Pomoću sposobnosti zadržavanja kratkoročne memorije, sistem kapljica je naučen da prepoznaje rukom napisane znakove i igra iks-oks.

Preporučujemo

Autori su bili inspirisani ljudskim mozgom, koji izvodi računice pomoću jona umesto elektrona. Joni se kreću kroz tečnosti i njihovo kretanje može zahtevati manje energije nego kretanje elektrona u čvrstim uređajima.

Naučnici su na bazi te ideje napravili mekanu, fleksibilnu i malu platformu. Uređaj je relativno jednostavan: dve kapljice slane vode, sa lipidima na periferiji – jedinjenjima poput masti koja se ne rastvaraju u vodi. Kapljice lebde u ulju, gde se dodiruju i formiraju dvojni sloj lipida koji imitira ćelijsku membranu. Elektroda je ubačena u svaku kapljicu i upotrebljena za primenu napona. Zatim je izmerena reakcija para kapljica.

Reakcija – struja koja teče kroz kapljice – predstavlja ključ kompjuterskih operacija. U sistemu bez memorije, reakcija na specifičan nivo ulaznog napona bila bi ista struja svaki put. Međutim, u sistemu kapljica je osmotreno ponašanje povezano sa memorijom: uređaj je proizveo malo drugačiju struju zavisno od napona koji je ranije primenjen.

Ovo ponašanje je ilustrovano primerom nalik Pavlovljevom eksperimentu sa psom. Normalno, jak napon rezultira jakom izlaznom strujom. Primenjujući na sistem ponovljene niske i visoke napone, istraživači su osmotrili visoke nivoe izlazne struje pri niskim nivoima napona. Drugačije rečeno, naučili su „psa“ (kapljice) da luči pljuvačku (proizvodi visok nivo struje) ne samo kad dobije hranu (visok ulazni napon), već i kad zvono zazvoni (nizak ulazni napon).

Fascinantno je da takav jednostavan objekat može da izvede ove funkcije, kažu istraživači. Sa solidnim razumevanjem memorijskih kapaciteta kapljice, istraživaču su pomoću algoritama neuronskog računarstva naučili kapljice da prepoznaju rukom napisane znakove i igraju iks-oks.

Za rukom napisane znakove, kapljice su dobijale naponsku „šifru“ za svaki piksel slike. Pošto kapljice imaju memoriju, svaka šifra je vodila do različite izlazne struje. Potezi su takođe unošeni kao naponske šifre u kapljicu. Nakon obuke, sistem kapljica je bio sposoban da postojano ostvaruje nerešen rezultat u igri sa standardnim kompjuterom.

Ova demonstracija u cilju potvrde principa nije konkurencija današnjim kompjuterskim čipovima, koji su mnogo brži i mnogo složenji. Međutim, istraživanje je potrebno radi buduće energetski efikasne kompjuterske tehnologije.

„Kapljice nas neće zameniti u bliskoj budućnosti, ali je sjajno što možete naučiti kapljicu da igra neku stonu igru“, kažu istraživači.

(Telegraf Nauka/Phys.org)