To już nie jest science fiction. HAL 9000, androidy z Obcego, Terminator i całe rzesze inteligentnych maszyn stoją u naszych drzwi. Po raz pierwszy zbudowano komputer, który ma inteligencję, potrafi dostosowywać się do zmieniających się warunków, rozwiązuje skomplikowane problemy przy niedostatecznej ilości danych i rozwiązuje zadania, które nie dają się zalgorytmizować.
- Nasz komputer przetwarza procesy równolegle na wielką skalę – mówi Anirban Bandyopadhyay z Advanced Nano Characterization Center (ANCC) w Japonii, jeden z jego twórców. Co to znaczy, że jest równoległy na wielką skalę? Tu właśnie tkwi jego wyjątkowość. Normalne komputery wykonują operacje bardzo szybko, ale liniowo. Jeden bit za drugim jest przetwarzany. Normalny komputer ma program, algorytm, który precyzyjnie opisuje, co ma po czym nastąpić: pobierz bit z odpowiedniej komórki pamięci dodaj do bitu z innej i zapisz w jeszcze innej komórce pamięci. Takich operacji komputery wykonują biliony na sekundę.
Ludzki mózg jest znacznie wolniejszy. Pojedynczy neuron jest „taktowany” zegarem 1Khz. 4 tysiące wolniej niż pierwsze „pecety”. A mimo to bez większego problemu potrafimy znaleźć drogę w nieznanym terenie, zrozumieć zdanie w obcym języku nawet, jeśli nie do końca rozumiemy wszystkie słowa, rozpoznać twarz znajomego ze szkolnej ławy i wygrać w warcaby. Nawet najszybsze komputery wyposażone w setki tysięcy procesorów tego nie potrafią. Tajemnica naszych mózgów kryję się w zdolności do równoległej pracy neuronów, których mamy dziesiątki miliardów, oraz w rekofigurowalności połączeń między neuronami. Połączeń tych, zwanych synapsami ludzki mózg ma 50 bilionów. (Niektóre badania sugerują, że tych połączeń może być nawet 240 bilionów).
Procesy równoległe i zmiany połączeń między neuronami umożliwiają rozwiązywanie skomplikowanych problemów. Normalne komputery takiej zdolności nie mają. Raz zbudowane zachowują swoją strukturę. Komputer, który zbudowali naukowcy z ANCC i z Uniwersytetu w Michigan działa jak ludzki mózg. Stworzyli oni molekularną warstwę organiczną, która ewoluuje i dzięki temu rozwiązuje skomplikowane problemy. Podobne do mózgu „ewolucyjne” obwody zostały zbudowane po raz pierwszy w świecie.
Dlatego Anirban Bandyopadhyay mówił o wielkiej skali równoległości. – Zwykłe komputery przetwarzają bit po bicie, Nasz – mówi Bandyopadhyay potrafi przetwarzać około 300 bitów jednocześnie. Proces może podać rozwiązania problemów, na które nie znamy algorytmów, takie jak przewidywanie naturalnych katastrof lub wybuchy chorób.
Aby udowodnić, że procesor rzeczywiście działa, naukowcy odtworzyli na nim rozwój komórki rakowej i przepływ ciepła. Ale procesor rozwiązywał także inne zadania: zwykłe logiczne oraz obliczał diagramy Woronoja.
Ewolucyjny obwód, procesor który myśli jest zbudowany z warstwy organicznej, na którą składają się molekularne przełączniki. Warstwa działa na zasadzie Automatu Komórkowego (AK) Automat taki został zaproponowany przez Johna von Neumanna w 1955. Jest to rodzaj komputera, który wykonuje operacje równolegle. Składa się na niego siatka komórek, taka kratka czy szachownica, które są albo czarne albo białe. Komórki poruszają się po kracie według pewnego zestawu reguł. Komórki zmieniają swoje stany według określonych zasad. Liczba tych stanów jest skończona, ale może być dowolnie duża. Okazuje, się bardzo proste reguły zastosowane do takiej szachownicy komórek mogą tworzyć niezwykle skomplikowane struktury. Aby zastosować automat komórkowy do urządzenia każda komórka musi komunikować się sąsiadującymi jej komórkami, dzięki temu wypracują wspólną decyzję.
W procesorze zamiast łączyć ze sobą pojedyncze molekuły, czyli komórki stworzono warstwę składającą się z 300 cząstek stale wymieniających się miedzy sobą informacjami. Ta warstwa działa podobnie jak automat von Neumanna, tyle, że zamiast czarnych i białych komórek poruszających się po szachownicy są nadmiarowe elektrony, które kierowane zmianami wolnej energii prowadzą obliczenia.
- Pokazaliśmy, że komórka potrafi zmienić stan od 2 do 6 sąsiadujących komórek w sposób kontrolowany. W praktyce oznacza to, że każda komórka w trakcie procesu przeliczania może zmienić za jednym razem stan sześciu innych. Neurony w ludzkim mózgu komunikują się, zmieniając stan nawet 10 tys neuronów. A obwody nerwowe w trakcie naszego życia nieustannie ewoluują.
Dodając kolejną monowarstwę oddzielająca warstwę „obliczeniową” od metalowego podłoża naukowcy stworzyli urządzenie, które rozpoznaje problem do rozwiązania i samo adaptuje się do „wstawionego” zadania znajdując rozwiązanie. Zasady poruszania się komórek zostają zmienione w taki sposób, by znaleźć rozwiązanie. – mówi Anirban Bandyopadhyay – stworzyliśmy w ten sposób organiczną monowarstwę z inteligencją. – dodaje.
Mało tego monowarstwa ma jeszcze jedna unikatową zdolność. Potrafi się sama naprawiać. Jeśli któraś z komórek nie działa całe urządzenie potrafi się rekonfigurować. Żaden współczesny komputer nie ma takich umiejętności. Ma ją za to ludzki mózg. Jeśli jeden neuron umiera sąsiednie przejmują jego funkcje.
Trudno opisać zastosowania takiego urządzenia, które potrafi odtwarzać naturalne procesy na poziomie molekularnym. Naukowcy będą potrafili rozwiązywać problemy, które są teraz nieosiągalne dla żadnego współczesnego komputera. Szczególnie te, dla których nie da się napisać algorytmu, takie właśnie jak przewidywanie naturalnych katastrof czy rozprzestrzenia się chorób. Zyska też sztuczna inteligencja i roboty w nią wyposażone.
„Normalne” roboty bardzo źle radzą sobie w zmieniającym się środowisku. Nie potrafią podjąć decyzji jeśli nie mają jej wpisanej w program. Mimo swoich ogromnych mocy obliczeniowych są mniej inteligentne od bakterii, które potrafią dostosowywać się do zmieniających się warunków, a nawet uczyć się. W pewnym ograniczonym zakresie oczywiście.
Andrzej Szozda
źr. nanowerk.com, anirbanlab.co.nr, eurekalert.org
