Συσκευή νανοκλίμακας “συμπεριφέρεται” όπως ο ανθρώπινος εγκέφαλος

Techblog.gr

Οι επιστήμονες του UCLA, James Gimzewski και Adam Stieg, είναι μέλη μιας διεθνούς ερευνητικής ομάδας που έχει κάνει ένα σημαντικό βήμα προς τη δημιουργία σκεπτόμενων μηχανών. Δημιούργησαν μία συσκευή νανοκλίμακας που συμπεριφέρεται σαν τον ανθρώπινο εγκέφαλο.

Κατά πόσο η συσκευή αντιγράφει τη λειτουργία του εγκεφάλου

Με επικεφαλής τους ερευνητές του Εθνικού Ινστιτούτου Επιστήμης

Υλικών της Ιαπωνίας, η ομάδα δημιούργησε μια πειραματική συσκευή που παρουσίαζε παρόμοιες συμπεριφορές με αυτές του ανθρώπινου εγκεφάλου. Μερικά παραδείγματα είναι η μάθηση, η απομνημόνευση, η αμνησία, η αφύπνιση και ο ύπνος. Η έκθεση που δημοσίευσαν περιγράφει ένα δίκτυο σε κατάσταση συνεχούς ροής.

Η έρευνα είναι ένα πρώιμο βήμα προς τη δημιουργία υπολογιστών που φυσικά και λειτουργικά μοιάζουν με τον ανθρώπινο εγκέφαλο. Θα είναι μηχανές οι οποίες μπορούν να λύσουν διάφορα προβλήματα που αντιμετωπίζουν οι σύγχρονοι υπολογιστές και ενδεχομένως θα απαιτούν πολύ λιγότερη ενέργεια για να λειτουργήσουν.

Η συσκευή που μελετούσαν οι ερευνητές είναι κατασκευασμένη από ένα σύμπλεγμα αργυρών νανοσυρμάτων με μέση διάμετρο μόλις 360 νανομέτρων. Τα νανοσύρματα επικαλύφθηκαν με ένα μονωτικό πολυμερές πάχους περίπου 1 νανομέτρου. Συνολικά, η ίδια η συσκευή έχει μέγεθος περίπου 10 τετραγωνικά χιλιοστά.

Τα νανοσύρματα μπορούσαν να αυτοσυναμολογούνται τυχαία σε πλακίδιο πυριτίου και σχημάτιζαν εξαιρετικά διασυνδεδεμένες δομές που είναι αξιοσημείωτα παρόμοιες με εκείνες που δημιουργεί το νεοκώγιμο, το τμήμα του εγκεφάλου που σχετίζεται με ανεπτυγμένες λειτουργίες όπως η γλώσσα, η αντίληψη και η γνώση.

Ένα χαρακτηριστικό που διαφοροποιεί το δίκτυο νανοσυρμάτων από τα συμβατικά ηλεκτρονικά κυκλώματα είναι ότι τα ηλεκτρόνια που ρέουν μέσω αυτών προκαλούν την αλλαγή της φυσικής διαμόρφωσης του δικτύου.

Στη μελέτη, το ηλεκτρικό ρεύμα προκάλεσε την μετανάστευση ατόμων αργύρου από την επικάλυψη του πολυμερούς και τη δημιουργία συνδέσεων όπου επικαλύπτονται δύο νανοσωλήνες. Το σύστημα είχε περίπου 10 εκατομμύρια από αυτές τις συνδέσεις, οι οποίες είναι ανάλογες με τις συνάψεις όπου τα εγκεφαλικά κύτταρα συνδέονται και επικοινωνούν.

Οι ερευνητές συνέδεσαν δύο ηλεκτρόδια στο πλέγμα που δημιουργήθηκε για να δουν πώς ακριβώς αντιδρά το δίκτυο στο σύνολο του. Παρατήρησαν την “αναδυόμενη συμπεριφορά“, που σημαίνει ότι το δίκτυο εμφάνιζε χαρακτηριστικά στο σύνολό του, τα οποία δεν μπορούσαν να αποδοθούν στα μεμονωμένα μέρη που το αποτελούν. Αυτό είναι ένα ακόμη χαρακτηριστικό που κάνει τη συσκευή νανοκλίμακας η οποία συμπεριφέρεται σαν τον ανθρώπινο εγκέφαλο να ξεχωρίσει από τους συμβατικούς υπολογιστές.

Μετά τη ροή του ρεύματος μέσω του δικτύου, οι συνδέσεις μεταξύ των νανοσυρμάτων παρέμεναν ενεργές σε ορισμένες περιπτώσεις, κάτι που μοιάζει με τη διαδικασία εκμάθησης και απομνημόνευσης στον ανθρώπινο εγκέφαλο. Κάποιες άλλες φορές, οι συνδέσεις διακόπτονταν απότομα μετά το πέρας της φόρτισης, μιμούμενες τη διαδικασία αμνησίας του εγκεφάλου.

Με αντίστοιχες δοκιμές, οι ερευνητές παρατήρησαν ότι η συσκευή νανοκλίμακας αντιδρούσε ακριβώς όπως ο ανθρώπινος εγκέφαλος όταν είναι σε κατάσταση ύπνου, ή αφυπνίζεται.

Οι ερευνητές αναφέρουν ότι η ενδιάμεση χαοτική δραστηριότητα του δικτύου των νανοσυρμάτων μοιάζει τόσο με τη δραστηριότητα του ανθρώπινου εγκεφάλου όσο και με άλλα φυσικά συστήματα όπως οι καιρικές συνθήκες. Αυτό θα μπορούσε να σημαίνει ότι, με περαιτέρω ανάπτυξη, οι μελλοντικές εκδόσεις της συσκευής νανοκλίμακας θα μπορούσαν να βοηθήσουν να μοντελοποιηθούν τέτοια περίπλοκα συστήματα.

Λόγω των ομοιότητών τους με την εσωτερική λειτουργία του εγκεφάλου, οι μελλοντικές συσκευές που βασίζονται στην τεχνολογία των νανοσυρμάτων θα μπορούσαν επίσης να επιδείξουν ενεργειακή απόδοση παρόμοια με αυτή του ανθρώπινου εγκεφάλου.

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος λειτουργεί με ισχύ σχεδόν ισοδύναμη με εκείνη που χρησιμοποιείται από έναν λαμπτήρα πυρακτώσεως 20 watt. Αντίθετα, οι υπολογιστές που εκτελούν εντατικές εργασίες, όπως η διεξαγωγή αναζητήσεων στο διαδίκτυο, μπορούν να χρησιμοποιήσουν τόση ενέργεια όσο πολλές κατοικίες.

Το όραμά της ομάδας που δημιούργησε συσκευή νανοκλίμακας που συμπεριφέρεται σαν τον ανθρώπινο εγκέφαλο είναι να αναπτύξουν ένα σύστημα που τελικά θα είναι σε θέση να χειριστεί διάφορες διαδικασίες σχεδόν όπως τις επεξεργάζεται και ο ίδιος ο άνθρωπος.