O echipă internaţională de cercetători de la universităţile din Münster, Germania, Oxford şi Exeter, Marea Britanie, a reuşit să dezvolte o unitate de hardware care ar putea deschide calea pentru crearea de computere care să semene cu creierul uman. Ei au produs un cip care conţine o reţea de neuroni artificiali care funcţionează cu lumină şi pot imita neuronii şi sinapsele lor.
În studiul lor, oamenii de ştiinţă au reuşit, pentru prima dată, să îmbine multe materiale nanostructurate de schimbare a fazei într-o singură reţea neurosinaptica.
Cercetătorii au dezvoltat un cip cu patru neuroni artificiali şi un total de 60 de sinapse. Structura cipului - formată din straturi diferite – s-a bazat pe aşa numită tehnologie multiplex de divizare a lungimii de undă, un proces în care lumina este transmisă pe canale diferite în cadrul nanocircuitului optic.
Această reţea este capabilă să ”înveţe” să stocheze informaţii şi să le folosească pentru calcule şi analize. Odată dezvoltată această tehnologie va putea fi utilizată în multiple domenii unde este nevoie de analiză unor mari cantităţi de date de la medicină la dezvoltarea unor noi tehnologii spaţiale.
O tehnologie care funcţionează ca un creier uman nu mai este surprinzătoare în aceste vremuri în care inteligenţa artificială de pe un smartphone poate recunoaşte feţe, amprente şi limbi. Cu toate acestea în cazul unor aplicaţii mai complexe, computerele încă se confruntă repede cu propriile limitări. Unul dintre motivele acestui lucru este că un calculator are în mod tradiţional unităţi de memorie şi procesare a datelor separate şi toate datele trebuie plimbate între cele două unităţi.
Creierul uman este cu mult mai avansat faţă de computerele cele mai moderne, deoarece procesează şi stochează informaţii în acelaşi loc şi anume în sinapsele care reprezintă conexiunile dintre neuroni, din care există un milion de miliarde în creier.
Cercetătorii au reuşit să demonstreze că o astfel de reţea neurosinaptică optică este capabilă să "înveţe" informaţia şi să folosească această ca bază pentru calculul şi recunoaşterea tiparelor la fel ca un creier. Deoarece sistemul funcţionează cu lumină şi nu cu electroni tradiţionali, poate procesa datele mult mai repede.
”Acest sistem fotonic integrat este o etapă experimentală. Abordarea ar putea fi utilizată mai târziu în multe domenii diferite pentru evaluarea tiparelor în cantităţi mari de date, de exemplu în diagnosticele medicale”, afirmă profesorul Wolfram Pernice de la Universitatea Münster autorul principal al studiului, citat de sciencedaily.com.
Cele mai multe dintre abordările existente referitoare la aşa-numitele reţele neuromorfe se bazează pe sisteme electronice, în timp ce sistemele optice - în care fotonii, adică particulele de lumină joacă rolul principal - sunt încă în fază incipientă.
Noua tehnologie realizată de oamenii de ştiinţă germani şi britanici se bazează pe generatoarele de unde optice care pot transmite lumina şi pot fi fabricate în microcipuri optice integrate cu aşa-numitele materiale de schimbare a fazei - care sunt deja găsite astăzi pe medii de stocare, cum ar fi DVD-urile ce pot fi rescrise.
Aceste materiale de schimbare a fazei se caracterizează prin faptul că îşi schimbă proprietăţile optice, în funcţie de caracterul lor, cristalin - atunci când atomii se aranjează în mod regulat - sau amorf - atunci când atomii se organizează în mod neregulat. Această schimbare de fază poate fi declanşată de lumină dacă un laser încălzeşte materialul.
”Deoarece materialul reacţionează atât de puternic şi îşi schimbă în mod dramatic proprietăţile, este foarte potrivit pentru imitarea sinapselor şi a transferului de impulsuri între doi neuroni”, spune la rândul său, Johannes Feldmann, unul dintre autorii care a efectuat multe dintre experimente ca parte a tezei sale de doctorat la Universitatea Münster.
Pentru a testa gradul în care sistemul este capabil să recunoască modelele, cercetătorii l-au ”hrănit” cu informaţii sub formă de impulsuri luminoase, folosind doi algoritmi diferiţi de învăţare. În cazul celor doi algoritmi utilizaţi - atât în aşa-numită învăţătură supervizată, cât şi în învăţământul nesupravegheat - reţeaua artificială a putut în cele din urmă, pe baza modelelor luminoase date, să recunoască un model căutat - dintre care unul a fost de patru litere consecutive.
În cercetările ulterioare din cadrul proiectului comun”Fun-COMP” al Uniunii Europene
oamenii de ştiinţă vor să crească numărul neuronilor şi sinapselor artificiale şi să măreascăadâncimea reţelelor neuronale cu ajutorul unor cip-uri optice fabricate folosind tehnologia siliciului.
