يقول البروفيسور مارك هيرسام، الذي قاد البحث: “في مجال الحوسبة العصبية، يحاولون عادة تقليد القشرة الدماغية. لقد أنشأنا جهازًا يحاكي المخيخ. إنه يتحكم في ردود الفعل الانعكاسية – حرفيًا دون تفكير. المخيخ بارع في تجاهل الموارد المتوقعة والحفاظ على الموارد للاستجابة لما هو غير متوقع. وهذا النهج هو الذي يمنحنا مكسبًا بعدة مراتب من حيث الحجم في استهلاك الطاقة”.
تم اختراع الترانزستورات الممغنطة المعتمدة على كبريتيد الموليبدينوم في مختبره منذ زمن طويل – وقد أظهروا أن عنصرين فقط من هذا النوع يمكن أن يحلا محل مائة ترانزستور سيليكون تقليدي بنجاح. والآن تم دمج الترانزستورات الذاكرية في مصفوفة عملية، مصممة لتقليل العمليات الحسابية.
ما هو سر المخيخ
يوضح هيرسام: “إن الذكاء الاصطناعي الحديث رائع في التعرف على الأنماط، ولكنه غالبًا ما يهدر كميات هائلة من موارد الحوسبة لتحليل تدفقات البيانات بشكل مستمر حتى عندما لا يتغير شيء. وهذا يعني إهدار الطاقة على التحليل الذي لا حاجة إليه”.
يعتمد تحسين أداء المخيخ على التوازن المستمر للإشارات المتنافسة، المثيرة والمثبطة. عادة ما يكونون في حالة توازن، ولكن بمجرد حدوث شيء غير متوقع، ينتهك هذا التوازن لفترة وجيزة – ويتلقى الدماغ إشارة بأنه يحتاج إلى الرد.
التطور الجديد يعيد إنتاج نفس الديناميكيات. أصبحت اتصالات الترانزستور الميمتري غير متماثلة. نتيجة لذلك، يعتمد سلوكه على القطبية بين المصرف والمصدر: في أحدهما يعمل كمشبك “مثير” (يتراكم التأثير)، في العكس – باعتباره “مثبطًا” (يعطي رد فعل سريعًا ولكن قصير المدى).
هذه التكنولوجيا متوافقة مع عملية أشباه الموصلات القياسية وقابلة للتطوير، ولكن في ظروف المختبر اقتصرنا على تجميع مصفوفة 10 × 1 من أجهزة القياس غير المتماثلة هذه للتأكد من أنها تعمل. تم أخذ المعلمات منه وتحميلها في الشبكة العصبية للكمبيوتر.
الطبيعية الأصلية والتناظرية الإلكترونية.
يوجد على اليسار رسم تخطيطي لتفاعل المدخلات المتشابكة الاستثارية والمثبطة داخل خلية بركنجي، مما يوضح قمع نشاط السنبلة عندما يتجاوز التثبيط الإثارة قبل حدوث التيسير.
على اليمين يوجد جهاز memtransistor مع قناة MoS₂. يتم عرض اتجاهات التيار حسب دائرة الاتصال. يوجد أدناه مقطع عرضي تحت المجهر الإلكتروني. أشرطة سوداء وحمراء للحجم – 100 نانومتر و50 نانومتر، على التوالي.
فحص تخطيط القلب
وتم تخصيص هذا “المخيخ الاصطناعي” الافتراضي لتحليل مخطط كهربية القلب. وبدلاً من إنفاق الموارد في دراسة كل نبضة، تجاهلت المحاكاة النبضات الطبيعية وحددت النبضات غير الطبيعية خلال أجزاء من الثانية. واستنادًا إلى نتائج الاختبار، يتطلب النظام عمليات حسابية أقل بمقدار 10000 مرة من دائرة السيليكون التقليدية.
يقول البروفيسور سعيدًا: “اكتشف الترانزستور الغشائي المستوحى من المخيخ اضطرابات الإيقاع في جزء من الثانية – حتى قبل انتهاء دورة القلب نفسها. وهذا أسرع بأكثر من ضعف سرعة الذكاء الاصطناعي التقليدي”.
والخطوة التالية هي منح الجهاز القدرة على التعلم والتكيف. على سبيل المثال، إذا تم تكرار حدث كان يُنظر إليه على أنه غير متوقع مرارًا وتكرارًا، فإن الدماغ يعتاد عليه تدريجيًا ويتوقف عن اعتباره شذوذًا جديدًا.
واختتم هيرسام حديثه قائلاً: “لقد قمنا بإعادة إنتاج جزء واحد من الدائرة العصبية المخيخية، ولكن هناك الكثير في المستقبل لم يتم تحقيقه بعد. ونحن نعتزم الاستمرار على هذا الطريق وإعادة إنشاء المزيد والمزيد من العناصر المعقدة لهذا النظام تدريجيًا”.
