Bilim İnsanları “Bal” Kullanarak “İnsan Beyni” Gibi Çalışan Çip Geliştirdi



Bilgisayarın geleceği olarak görülen nöromorfik sistemler geleneksel bilgisayarlardan çok daha hızlıdır ve çok daha az güç kullanır. Washington Eyalet Üniversitesi mühendisleri de onları daha organik hale getirmenin bir yolunu buldu. Journal of Physics D'de yayınlanan bir çalışmada araştırmacılar, balın yalnızca verileri işlemeyen aynı zamanda bellekte depolayabilen transistöre benzer bir bileşen olan memristör yapmak için kullanılabileceğini göstermektedir.


Nöromorfik bir çip, biyolojik beyinden ilham alan bir analog veri işlemcisidir. Nöromorfik kelimesinin kendisi, "sinirler veya sinir sistemi ile ilgili" anlamına gelen nöro ve "şekil, biçim veya yapıya sahip" anlamına gelen morfik kelimelerinden türemiştir. Bu tasarım konsepti, bu çiplerin duyusal verileri yorumlamasına ve özel olarak programlanmayan şekillerde yanıt vermesine olanak tanır.


Nöromorfik mühendislik alanından yola çıkan araştırmacılar, yapay sinir ağını taklit eden bir teknoloji yaratmak için biyoloji ve fiziği matematik, bilgisayar bilimi ve elektronik mühendisliğine uygularlar. Nöromorfik bilgi işlem çipi kavramı 1980'lerde Carver Mead tarafından icat edildi ve üniversitelerden ve Intel, IBM ve Qualcomm gibi şirketlerden araştırma ve ilgi uyandırdı. Nöromorfik mühendislik, yapay zekâ ve doğal zekâ arasındaki boşluğu dolduran umut verici yeni bir yaklaşımdır.



WSU'NUN Mühendislik ve Bilgisayar Bilimleri Fakültesi doçenti ve araştırma yazarı Feng Zhao," Bu, basit bir yapıya sahip çok küçük bir cihazdır, ancak bir insan nöronuna çok benzer işlevlere sahiptir " dedi."Bu, milyonlarca veya milyarlarca bal memristörünü bir araya getirebilirsek, o zaman insan beyni gibi işlev gören nöromorfik bir sisteme dönüştürülebilecekleri anlamına gelir."


Çalışma için, Zhao ve Zhao'nun laboratuarında WSU yüksek lisans öğrencisi olan ilk yazar Brandon Sueoka, balı katı bir formda işleyerek ve iki metal elektrot arasına sıkıştırarak insan sinapsına benzer bir yapı oluşturarak memristörler yarattı. Daha sonra bal memristörlerinin sinapsların çalışmasını sırasıyla 100 ve 500 nanosaniyelik yüksek açma ve kapama hızlarıyla taklit etme yeteneklerini test ettiler. Memristörler ayrıca, insan beynindeki öğrenme süreçlerinden ve nöronlarda yeni bilgilerin tutulmasından sorumlu olan sinaps fonksiyonlarını taklit ettiler.


WSU mühendisleri bal memristörlerini mikro ölçekte yarattılar, bu yüzden bir insan saçı büyüklüğündeler. Zhao liderliğindeki araştırma ekibi, onları nano ölçekte, yaklaşık 1/1000 insan saçı üzerinde geliştirmeyi ve tam bir nöromorfik bilgi işlem sistemi oluşturmak için milyonlarca hatta milyarlarca bir araya getirmeyi planlıyor.


Şu anda, geleneksel bilgisayar sistemleri Von Neumann mimarisine dayanıyor. Bu mimari, genellikle klavye ve fareden gelen bir girişi ve monitör gibi bir çıkışı içerir. Ayrıca bir CPU veya merkezi işlem birimi ve RAM veya bellek depolama alanına sahiptir. Zhao, tüm bu mekanizmalar aracılığıyla girdiden işlemeye, bellekten çıktıya veri aktarmanın en azından insan beynine kıyasla çok fazla güç gerektirdiğini söyledi. Örneğin, Fugaku süper bilgisayarı, beyin sadece 10 ila 20 watt kullanırken çalıştırmak için kabaca 28 milyon watt'a eşdeğer 28 megawatt kullanır.


İnsan beynininde 1.000 trilyondan fazla sinaps veya bağlantı bulunan 100 milyardan fazla nöron vardır. Her nöron hem verileri işleyebilir hem de depolayabilir, bu da beyni geleneksel bir bilgisayardan çok daha verimli hale getirir ve nöromorfik bilgi işlem sistemlerinin geliştiricileri bu yapıyı taklit etmeyi amaçlar.


Intel ve IBM de dahil olmak üzere birçok şirket, çip başına 100 milyondan fazla "nöron" eşdeğeri olan nöromorfik çipler piyasaya sürdü, ancak bu henüz beyindeki sayıya yakın değil. Birçok geliştirici, şu anda geleneksel bilgisayar çiplerinde kullanılan aynı yenilenemez ve toksik olmayan malzemeleri de kullanıyor.


Zhao'nun ekibi de dahil olmak üzere birçok araştırmacı, bu umut verici yeni bilgi işlem türünde kullanılmak üzere biyolojik olarak parçalanabilir ve yenilenebilir çözümler arıyor. Zhao ayrıca, Aloe vera yapraklarında bulunanlar gibi proteinleri ve diğer şekerleri bu kapasitede kullanma konusunda araştırmalara öncülük ediyor, ancak balda güçlü bir potansiyel görüyor.


"Bal bozulmuyor ve çok düşük bir nem konsantrasyonuna sahip, bu yüzden bakteriler içinde hayatta kalamaz. Bu durum, bu bilgisayar çiplerinin çok uzun süre çok kararlı ve güvenilir olacağı anlamına gelir."


Wsu'da geliştirilen bal memristör yongaları, geleneksel bilgisayarlar kadar ısınmayan nöromorfik sistemler tarafından üretilen daha düşük ısı seviyelerine tolerans göstermelidir. Bal memristörleri de elektronik atıkları azaltacaktır.


"Baldan yapılmış bilgisayar yongaları kullanarak cihazları elden çıkarmak istediğimizde, bunları suda kolayca çözebiliriz" dedi. "Bu özel özelliklerden dolayı, bal yenilenebilir ve biyolojik olarak parçalanabilen nöromorfik sistemler oluşturmak için çok faydalıdır."



Kaynak: https://www.sciencedaily.com/releases/2022/04/220405084610.htm