Raczej nie będzie mruczał, głaskany pod brodą, ale może być naprawdę wielki. Naukowcy z Uniwersytetu w Michigan pod wodzą profesora Wei Lu planują zbudowanie elektronicznej repliki kociego mózgu. Ma się składać z opracowanych przez profesora Lu memristorów, które działają tak samo, jak biologiczna synapsa, która zapamiętuje napięcie, jakie przez nią płynęło.
Koci komputer ma być zbudowany tak samo, jak „naturalny” mózg mruczka. Mózgi ssaków składają się z miliardów neuronów połączonych ze sobą synapsami, które działają jak przełączniki zmieniające połączenia między neuronami. Synapsy potrafią „zapamiętywać” te połączenia w zależności od siły i czasu przechodzących przez nie sygnałów elektrycznych generowanych przez neurony. Tak właśnie przebiegają procesy zapamiętywania, uczenia się i podejmowania decyzji.
Sztuczny mózg będzie składał się z memristorów, czyli oporników z pamięcią, które mogą wykonywać operacje logiczne. Oznacza to, że taki memristor, który przechowuje dane może jednocześnie wykonywać operacje logiczne, bez potrzeby odwoływania się do jednostki obliczeniowej, czyli procesora. Komputery zbudowane memistorów mogą więc być znacznie wydajniejsze i dużo mniejsze niż tradycyjne komputery.
Zwykłe komputery składają się z procesorów i jednostek pamięci. Procesor „sięga” do pamięci i przetwarza dane. Linia po linii. Tak zbudowane urządzenia mogą bardzo szybko wykonywać skomplikowane obliczenia z niewielką liczbą zmiennych. One, w skrócie mówiąc dodają do siebie liczby lub je odejmują, przenoszą dane z jednego miejsca w drugie. Ponieważ procesory pracują bardzo szybko, dlatego policzenie nawet długich ciągów liczb nie jest problemem.
Kiedy jednak trzeba na przykład rozpoznać twarz „zwykły” komputer ma kłopot. Człowiek, czy choćby kot robi to błyskawicznie, komputer musi znaleźć charakterystyczne cechy i je przeliczyć. A to trwa i trwa i zużywa mnóstwo energii.
Profesor Lu twierdzi, że replika kociego mózgu zbudowana z memristorów będzie 83 razy szybsza niż najszybszy superkomputer składający się ze 140 tysięcy procesorów. Dlaczego?
Mózg kota, podobnie jak mózg człowieka przeprowadza operacje nie liniowo, ale symultanicznie, czy równolegle. To dzięki temu wolniej niż komputery mnożymy duże liczby, ale rozpoznanie czyjeś twarzy jest dla nas zadaniem trywialnym, a dla komputera ciężką harówką.
Prof. Lu zbudował pierwszy układ, który uczy się metodą STDP (od angielskiego Spike Timing Dependent Plasticity). Układ składa się z dwóch obwodów elektronicznych i jednego memristora. Ten rodzaj plastyczności odnosi się do siły połączeń między neuronami zależnej od wzajemnego pobudzania się neuronów. Mówiąc nieco prościej. Jeśli jeden neuron regularnie pobudza drugi, to połączenie między nim staje się silniejsze. Zjawisko to odpowiada między innymi za istnienie odruchów warunkowych u zwierząt. I jak się uważa jest podstawowym mechanizmem zapamiętywania i uczenia się w mózgów ssaków.
Pokazaliśmy – mówi prof. Lu, - że odpowiednio taktując napięcie możemy zwiększać lub zmniejszać przewodnictwo w systemach opartych na memristorach. W naszych mózgach podobne zmiany przewodnictwa w synapsach (połączeniach między neuronami) umożliwiają istnienie pamięci długotrwałej.
Czworonożny robot wspierający żołnierzy na polu bitwy zwany BigDog, czyli Wielki Pies. Projekt finansowany przez DARPA.
źr. wikipediaWei Lu chce zbudować oparty na memristorach komputer, który będzie miał taką samą funkcjonalność, jak najpotężniejsze superkomputery, ale będzie się mieścił w 2 litrowym pojemniku. Takie urządzenie odpowiadające mocy obliczeniowej kociego mózgu będzie potrafiło znaleźć najkrótszą drogę od drzwi do kanapy w pokoju pełnym mebli. Oczywiście najlepsze superkomputery wiedząc, jaki kształt przybierają kanapy też są w stanie to zrobić. Jednak wystarczy przestawić ją w inne miejsce to „zwykły” komputer tego nie „zauważy” i nie znajdzie nowej najkrótszej ścieżki. Z codziennego doświadczenia, gdyż mam w domu kota, wynika, że przestawienie fotela w inne miejsce nie stanowi dla mojego kota żadnej przeszkody w jak najszybszym dotarciu do leżanki. Z reguły nawet robi to szybciej niż ja. Naukowcy mają nadzieję, że sztuczny koci mózg także to będzie potrafił.
Głównym sponsorem finansującym projekt cyfrowego kota jest DARPA, wojskowa agencja USA, która zajmuje się analizowaniem przydatności i wykonalności najbardziej nieprawdopodobnych pomysłów naukowców do celów wojskowych. Można przypuszczać, zę DARPIE chodzi o stworzenie kociego komputera, który na przykład będzie potrafił poruszać się po nieznanym terenie bez udziału człowieka. I wtedy na polu walki usłyszymy: „Jam Puszek Okruszek, kto ze mną zadrze umarł – w butach!”
Andrzej Szozda
Źr physorg.com, naukawpolsce.pl, nature.com
