Revoluce v AI: Tištěné neurony napodobují mozek a slibují výrazné snížení spotřeby energie

S rostoucími nároky umělé inteligence na energii se vědci stále více obracejí k mozku, aby nalezli efektivnější způsoby zpracování informací.

S rostoucími nároky umělé inteligence na energii se vědci stále více obracejí k mozku, aby nalezli efektivnější způsoby zpracování informací. Nový přístup využívá měkkou a flexibilní elektroniku k vytvoření umělých neuronů, které dokážou napodobit biologické signály a dokonce se přímo propojit s živou nervovou tkání.

Výzkumníci se dlouho snažili vytvořit takzvané „neuromorfní“ čipy z umělých neuronů, které by napodobovaly pulzní chování svých biologických protějšků. Mezi těmito zařízeními a skutečnými mozky však stále existují značné rozdíly. Skutečné neurony v mozku vykazují širokou škálu vzorců aktivity, což jim pomáhá k extrémně efektivnímu kódování a zpracování informací. Naproti tomu většina umělých neuronů je identická a má velmi jednotné pulzní chování, což nutí neuromorfní čipy používat miliony těchto neuronů k dosažení i skromné funkčnosti.

Tým z Northwestern University nyní navrhl novou výrobní techniku k vytvoření umělých neuronů, které napodobují složité signální vzorce nalezené v mozku. Výstup těchto neuronů byl natolik realistický, že úspěšně stimulovaly neurony v mozkové tkáni myší. Co je však důležitější, tento přístup by mohl položit základy pro mnohem energeticky účinnější umělou inteligenci.

„Křemík dosahuje složitosti tím, že má miliardy identických zařízení,“ uvedl Mark Hersam, který výzkum spoluváděl. „Vše je stejné, rigidní a fixní, jakmile je to vyrobeno. Mozek je opak. Je heterogenní, dynamický a trojrozměrný. Abychom se posunuli tímto směrem, potřebujeme nové materiály a nové způsoby výroby elektroniky.“

Tým vytvořil své umělé neurony, popsané v časopise Nature Nanotechnology, tryskovým tiskem speciálního elektronického inkoustu na flexibilní polymer. Inkoust obsahuje nanovločky disulfidu molybdenu, který funguje jako polovodič, a grafenu, který slouží jako elektrický vodič. Inkoust také obsahuje stabilizační polymer, který vědci obvykle po tisku vypalují, aby nebránil toku proudu. Vědci však zjistili, že ponecháním části polymeru mohou zavést nedokonalosti, které vedou k mnohem sofistikovanějšímu signálnímu chování.

Namísto úplného spálení materiálu jej částečně rozložili. Když pak tiskem vytvořenými neurony prošel proud, polymer se dále rozkládal, ale nerovnoměrným způsobem, který vytvořil vodivou nit, kde se proud stlačil do úzkého kanálu. Tato zúžená dráha se rychle zapíná a vypíná a vysílá ostré napěťové pulzy, které se velmi podobají pulzům nalezeným ve skutečných neuronech. Zařízení neprodukuje jen jednoduché pulzy zapnuto-vypnuto, ale vše od izolovaných pulzů přes trvalé spouštění až po rytmické série, podobně jako skutečný neuron.

S pouhými dvěma těmito tisknutelnými neurony a některými základními obvodovými komponenty vědci vyprodukovali sofistikované pulzní vzorce. A co je klíčové, dokázali naladit délku a frekvenci pulzů tak, aby odpovídaly načasování biologických akčních potenciálů, což by mohlo být užitečné pro aplikace, jako je bioelektronická medicína nebo rozhraní mozek-počítač.