מדעני יבמ מחקים את הפונקציונליות של נוירונים באמצעות מכשיר משנה-פאזה

הטכנולוגיה יכולה להוביל לפיתוח של מחשבים נוימורפים שיאצו את המחשוב הקוגניטיבי ואת הניתוח של המידע הרב הנאסף ב”אינטרנט של הדברים”

מדעני יבמ הצליחו, לראשונה, ליצור רשתות נוירונים (Spiking neurons) תוך שימוש בחומרים משני-פאזה כדי לאחסן ולעבד את המידע. השג זה מסמן צעד משמעותי לקראת פיתוח של טכנולוגיות נוירומורפיות, צפופות במיוחד וחסכוניות באנרגיה, לשימוש ביישומים קוגניטיביים.

תוך קבלת השראה ממבנה המוח האנושי ואופן הפעולה שלו, הניחו המדענים, מזה עשרות שנים, שניתן יהיה לחקות את היכולות המחשוביות המגוונות של אוכלוסיות נוירונים. אבל, ביצוע, בפועל, בדחיסות ובהספק שיהיה בר השוואה למערכת הביולוגית, נראה כאתגר משמעותי – עד עכשיו.

תוצאות המחקר הופיעו בשבוע שעבר בשער הירחון Nature Nanotechnology.

הנוירונים המלאכותיים שפותחו ע”י מדענים ממעבדת המחקר של יבמ בציריך מכילים חומרים משני-פאזה כולל גרמניום אנטימוד טלוריד המופיע בשתי פאזות יציבות: האחת, אמורפית, ללא מבנה מוגדר והשנייה גבישית עם מבנה. חומרים אלה הם הבסיס ליכולת הכתיבה מחדש על דיסקים בלו ריי. אבל, הנוירונים המלאכותיים אינם אוגרים מידע דיגיטלי. הם אנלוגיים, בדיוק כמו הסינפטות והנוירונים במוח האנושי.

בהדגמת שפורסמה הפעילה קבוצת המדענים פולסים על הנוירונים המלאכותיים שתוצאתם הייתה התגבשות מתקדמת של החומר משנה-פאזה שגרמה, בסופו של דבר, לנוירון “לירות”. במדעי המוח ידועה פונקצייה זו כתכונת “Integrate and fire” של הנוירון הביולוגי, כאשר סף הגירוי של תא העצב נחצה והוא משדר אותות לתא עצב אחר, ומאתחיל את עצמו כהכנה לאירוע נוסף.  זהו הבסיס למחשוב מונחה אירועים ולדוגמה, לדרך בה המוח שלנו מייצר תגובה כאשר אנחנו נוגעים במשהו לוהט.

כדי למנף תכונה זו, ניתן להשתמש אפילו בנוירון בודד כדי לזהות תבניות ולגלות מתאמים, בזמן אמת, בזרמי נתונים מבוססי אירועים. לדוגמא, ב”אינטרנט של הדברים”, יכולים חיישנים לאסוף ולנתח נפחי נתונים גדולים של נתוני מזג האוויר הנאספים כדי לספק תחזיות מהירות. הנוירונים המלאכותיים יכולים גם לזהות תבניות בטרנזקציות פיננסיות כדי למצוא אי התאמות  או להשתמש בנתונים מהמדיה החברתית כדי לזהות מגמות תרבותיות בזמן אמת.  ניתן להשתמש באוכלוסיות נרחבות של נוירונים מהירים אלה,  שהם ברמת הננו וחסכוניים באנרגיה, במעבדים נוירומורפיים המשתפים מיקום זיכרון ויחידות עיבוד.

מדעני יבמ הצליחו לארגן מאות נוירונים מלאכותיים לתוך אוכלוסיות ולהשתמש בהם כדי לייצג סיגנלים מהירים ומורכבים. יותר מכך, הנוירונים המלאכותיים הראו שהם מסוגלים לקיים מיליארדים של מעגלים מתחלפים שיכולים להקביל לשנות פעילות רבות בתדירות עדכון של 100 הרץ. האנרגיה הדרושה לכל עדכון נוירון הייתה פחות מחמישה פיקוג’אול וההספק הממוצע פחות מ-120 מיקרו-ואט (בהשוואה, 60 מליון מיקרו-ואט נדרשים להאיר מנורת של 60 ואט).