لقد نجح العلماء في تطوير قطعة من الأجهزة يمكنها أن تمهد الطريق لإنشاء أجهزة كمبيوتر تشبه الدماغ البشري.
لقد أنتجوا شريحة تحتوي على شبكة من الخلايا العصبية الاصطناعية التي تعمل مع الضوء ويمكنها تقليد الخلايا العصبية ومشابكها. هذه الشبكة قادرة على “تعلم” المعلومات واستخدامها كأساس للحوسبة.
يمكن استخدام النهج لاحقًا في العديد من المجالات المختلفة لتقييم الأنماط بكميات كبيرة من البيانات
التكنولوجيا التي تعمل مثل الدماغ؟ في هذه الأوقات من الذكاء الاصطناعي ، لم يعد هذا يبدو بعيد المنال –
على سبيل المثال ، في الوقت الذي يمكن للهاتف المحمول التعرف على الوجوه أو اللغات؛ مع التطبيقات الأكثر تعقيدًا ، ومع ذلك ، لا تزال أجهزة الكمبيوتر تواجه قيودها الخاصة.
أحد أسباب ذلك هو أن الكمبيوتر يحتوي تقليديا على وحدات ذاكرة ومعالج منفصلة -والنتيجة هي أنه يجب إرسال جميع البيانات ذهابًا وإيابًا بين الاثنين.
في هذا الصدد ، يتقدم الدماغ البشري إلى الأمام حتى على أحدث أجهزة الكمبيوتر لأنه يعالج ويخزن المعلومات في نفس المكان – في المشابك العصبية ، أو في الروابط بين الخلايا العصبية ، والتي يوجد منها مليون مليار في الدماغ.
نجح فريق دولي من الباحثين من جامعات مونستر (ألمانيا) وأكسفورد وإكستر (المملكة المتحدة) في تطوير قطعة من الأجهزة يمكنها تمهيد الطريق لإنشاء أجهزة كمبيوتر تشبه الدماغ البشري.
تمكن العلماء من إنتاج شريحة تحتوي على شبكة من الخلايا العصبية الاصطناعية التي تعمل مع الضوء ويمكن أن تقلد سلوك الخلايا العصبية ومشابكها.
تمكن الباحثون من إثبات أن مثل هذه الشبكة العصبية البصرية العصبية قادرة على “تعلم” المعلومات واستخدامها كأساس للحوسبة والتعرف على الأنماط –
تمامًا كما يستطيع الدماغ. نظرًا لأن النظام يعمل فقط مع الضوء وليس مع الإلكترونات التقليدية ، يمكنه معالجة البيانات عدة مرات بشكل أسرع.
يقول البروفيسور فولفرام بيرنيس من جامعة مونستر والشريك الرئيسي في الدراسة: “هذا النظام الضوئي المتكامل هو معلم تجريبي”. “يمكن استخدام النهج لاحقًا في العديد من المجالات المختلفة لتقييم الأنماط بكميات كبيرة من البيانات ، على سبيل المثال في التشخيصات الطبية.” تم نشر الدراسة في العدد الأخير من مجلة “الطبيعة”.
القصة بالتفصيل – الخلفية والطريقة المستخدمة:
تعتمد معظم النهج الحالية المتعلقة بما يسمى بالشبكات العصبية الشكلية على الإلكترونيات ، في حين أن الأنظمة الضوئية – التي تستخدم فيها الفوتونات ، أي جزيئات الضوء – لا تزال في بدايتها.
يعمل المبدأ الذي قدمه العلماء الألمان والبريطانيون الآن على النحو التالي: تتكامل أدلة الموجات الضوئية التي يمكنها نقل الضوء ويمكن تصنيعها في الرقائق الضوئية مع ما يسمى بمواد تغيير الطور – والتي توجد بالفعل اليوم على وسائط التخزين مثل إعادة كتابة أقراص الفيديو الرقمية.
تتميز مواد تغيير الطور بحقيقة أنها تغير خصائصها البصرية بشكل كبير ، اعتمادًا على ما إذا كانت بلورية – عندما تقوم ذراتها بترتيب نفسها بطريقة منتظمة – أو غير متبلورة – عندما تنظم ذراتها نفسها بطريقة غير منتظمة .
يمكن أن يحدث هذا التغيير في الطور بواسطة الضوء إذا كان الليزر يسخن المواد لأعلى. يقول مؤلف الرصاص جوهانس فيلدمان ، الذي أجرى العديد من التجارب كجزء من أطروحته للحصول على الدكتوراه: “لأن المادة تتفاعل بقوة شديدة وتغير خصائصها بشكل كبير ، فهي مناسبة للغاية لتقليد المشابك العصبية ونقل النبضات بين عصبونين” في جامعة مونستر.
نجح العلماء ، في دراستهم ، لأول مرة في دمج العديد من مواد تغيير الطور ذات البنية النانوية في شبكة واحدة من الخلايا العصبية.
طور الباحثون رقاقة مع أربعة خلايا عصبية اصطناعية وما مجموعه 60 نقاط الاشتباك العصبي. استند هيكل الشريحة – الذي يتكون من طبقات مختلفة – إلى تقنية ما يسمى بتعدد الإرسال بتقسيم طول الموجة ، وهي عملية يتم فيها إرسال الضوء على قنوات مختلفة داخل الدائرة الضوئية النانوية.
من أجل اختبار مدى قدرة النظام على التعرف على الأنماط ، قام الباحثون “بتغذيته” بمعلومات في شكل نبضات ضوئية ، باستخدام خوارزميتين مختلفتين للتعلم الآلي.
في هذه العملية ، “يتعلم” النظام الاصطناعي من الأمثلة ويمكن أن يعممها في النهاية. في حالة الخوارزميات المستخدمة – سواء فيما يسمى بالتعليم الخاضع للإشراف أو الخاضع للإشراف – تمكنت الشبكة الاصطناعية في نهاية المطاف ، على أساس أنماط ضوء معينة ، من التعرف على النمط المطلوب – كان أحدهما أربعة رسائل متتالية.
“لقد مكننا نظامنا من اتخاذ خطوة مهمة نحو إنشاء أجهزة الكمبيوتر التي تتصرف بشكل مشابه للخلايا العصبية والمشابك في الدماغ والتي هي أيضًا قادرة على العمل في المهام الواقعية ،
يقول Wolfram Pernice. “من خلال العمل مع الفوتونات بدلاً من الإلكترونات ، يمكننا استغلال الإمكانات المعروفة للتكنولوجيات الضوئية – ليس فقط من أجل نقل البيانات ، كما كان الحال حتى الآن ، ولكن أيضًا من أجل المعالجة و يضيف مؤلف مشارك ، الأستاذ هاريش باسكاران من جامعة أكسفورد.
مثال محدد للغاية هو أنه بمساعدة مثل هذه الأجهزة يمكن التعرف على خلايا السرطان تلقائيًا. ومع ذلك ، يتعين القيام بالمزيد من العمل قبل أن تصبح هذه التطبيقات حقيقة واقعة.
يحتاج الباحثون إلى زيادة عدد الخلايا العصبية الاصطناعية والمشابك وزيادة عمق الشبكات العصبية.
يمكن القيام بذلك ، على سبيل المثال ، باستخدام رقائق ضوئية مصنوعة باستخدام تقنية السيليكون. يقول مؤلف مشارك وزعيم مشروع Fun-COMP البروفيسور س. ديفيد رايت من الجامعة “هذه الخطوة يجب اتخاذها في مشروع الاتحاد الأوروبي المشترك” Fun-COMP “باستخدام معالجة المسبك لإنتاج رقائق النانو”.
المصدر: جامعة مونستر.
عن مجلة sciences News. تاريخ: 8 مايو 2019
