A DVD-k anyaga segíthet az agy lemásolásában

A DVD-k adatrögzítő képességét biztosító anyagnak van egy egészen érdekes tulajdonsága is, képes utánozni az idegsejteket és a köztük elhelyezkedő csomópontokat. A felfedezés újabb esélyessel bővíti az agyszerű számítógépek megvalósítását célzó megoldásokat, ami azzal a nem elhanyagolható előnnyel száll ringbe, hogy egészen minimális energiaszinteken is működne.

Egy agyszerű számítógép külső programozás nélkül tanulna és alkalmazkodna. Megszabadulva az előre programozott funkciók korlátaitól, a számítógépek összegyűjthetnék az összeegyeztethetetlen információkat, amit tapasztalaton alapulva mérlegelnének, emlékeket képeznek, és úgy kezdik el a probléma megoldását, hogy azt már bátran lehetne "gondolkodásnak" nevezni. Ennek a képességnek a birtokában a gépek sokkal jobban teljesíthetnek az olyan feladatokban, mint például az arc- és beszédfelismerés, emellett pedig képesek lennének ugyanazon a helyen feldolgozni és eltárolni az adatokat, ahogy azt az idegsejtek teszik. A hagyományos számítástechnika egyik hátulütője ezeknek a funkcióknak az elkülönülése, ami rontja a hatékonyságot.

Most két kutatócsoport a DVD-technológiai alapjául szolgáló germánium-antimon-tellúr (GST) ötvözet alkalmazásával elkészítette a mesterséges idegsejteket, vagyis a neuronokat, és a köztük található csomópontokat, a szinapszisokat. A GST neuront a brit Exeter Egyetem csapata alkotta meg David Wright vezetésével, míg a nanoméretű elektronikus szinapszissal amerikai kollégáik rukkoltak elő a kaliforniai Stanford Egyetemen. A Philip Wong csoportja által elkészített csomópont még azt a folyamatot is visszaadja, ahogy a szinapszisok megváltoztatják kapcsolódásaik erősségét.

A GST-t egy "fázisváltó" ötvözetként ismerik, melegítés hatására képes ugyanis megváltoztatni molekuláris szerkezetét, kristályosból rendezetlen amorf fázisba alakulva. Ez teszi lehetővé a DVD-k esetében a bináris 0 és 1 sorozatainak rögzítését, majd lézeres kiolvasását. A GST azonban nem csupán két állapotra képes, az ötvözet egy parányi foltján belüli területek különböző fokig lehetnek kristályosak és amorfok, ami azt jelenti, hogy a binárisnál sokkal szélesebb értéktartományban tárolhatók az adatok. Ez azért fontos, mert a valódi neuronokat a bejövő jelek felhalmozódása készteti "tüzelésre", vagyis az elektromos ingerület továbbítására egy bizonyos küszöb elérésekor. Wright GST neuronja képes visszaadni ezt a tüzelési küszöböt, mert az ötvözet elektromos ellenállása hirtelen csökken, amikor az amorf fázisból a kristályos felé elmozdul.

A GST adottságai itt még nem érnek véget. Amikor egy neuron tüzel, a jel fontosságát a következő befogadó neuronhoz vezető szinapszis ereje határozza meg. A természetben ezt az erőt egy szinaptikus információátvitel, az STDP (Spike-Time Dependent Plasticity) szabályozza, megalapozva a tanulást és az emlékezést. Ha a szinapszis két végén elhelyezkedő neuronok egyike folyamatosan a másik előtt tüzel, a szinapszis ereje nő, azonban ha a másik tüzel először, akkor a szinapszis ereje csökken. A GST ellenállás-változtató képessége lehetővé tette a kutatók számára, hogy programozhassák az általuk megépített nanoméretű mesterséges szinapszisok erejének dinamikus módosulásait, visszaadva az STDP folyamatot, ami által rangsorolhatóvá válik, hogy melyik neuron jel a legfontosabb az adott feladatnál, magyarázta Duygu Kuzum, a Stanford csapatának tagja.

75 nanométeres átmérőjével a mesterséges szinapszis energiatakarékos megoldást jelent az agyszerű számítógépek számára. A csapat számításai szerint egy 10¹⁰ szinapszissal rendelkező rendszer mindössze 10 wattot fogyasztana, miközben egy szuperszámítógép 1,4 megawattot fogyaszt el mindössze 5 másodpercnyi agytevékenység szimulálásához.

"A fázisváltó eszközök valóban elsajátíthatják az agy viselkedésének lényegét" - mondta Steve Furber, a brit Manchester Egyetem professzora, aki hagyományos mikroprocesszorokból épít egy agyszerű számítógépet. "Azonban még igen hosszú utat kell bejárniuk. Kíváncsi vagyok, mikor sikerül nekik százmilliókat felvinni ezekből egy chipre szinte ingyen”

A fázisváltó anyagok legalább három másik megoldással szállnak versenybe az agyszerű számítógépek megvalósítása érdekében. A svájci Blue Brain projekt az agy biokémiájának szoftveres modellezésén dolgozik, amit egy szuperszámítógépen futtatnának. A héten a Manchester Egyetem csapata is elkezdte építeni saját megoldását, a SpiNNakert. Ez egy egymilliárd neuronos számítógép lenne, ami okostelefon mikroprocesszorokat alkalmaz, egyenként 18000 neuront modellezve. Emellett szólnunk kell az úgynevezett „memrisztorról” is, a hagyományos tranzisztort helyettesítő, biológiai szinapszis mintájára működő memória rezisztorról, ami abban különbözik a többi áramköri elemtől, hogy memóriája van.