محققان توانسته‌اند یک دستگاه الکترونیکی واحد با توانایی کپی کردن عملکرد سلول‌های نورون مغز بسازند و با اتصال ۲۰ مورد از آن‌ها به یکدیگر، یک محاسبه پیچیده را انجام دهند که نشان می‌دهد امکان ساخت کامپیوتر پیشرفته بدون وابستگی به ترانزیستورها برای محاسبات وجود دارد و انرژی کمتری نیز مصرف می‌کند.
انگیزه این پژوهش که در سال ۲۰۰۴ آغاز شد، دو سوال بود: آیا امکان ساخت یک عنصر الکترونیکی واحد معادل ترانزیستور برای انجام عملکردهای نورون‌ها مغز وجود دارد؟ در صورت تولید این عنصر، می‌توان از آن برای ساخت بلوک برای ایجاد کامپیوترهای کارآمد استفاده کرد؟
نورون‌ها و همچنین المان‌های الکترونیکی که از آن‌ها تقلید می‌کنند، بسیار دقیق تنظیم شده‌اند. در پژوهش دیگری در سال ۲۰۱۳ اصول موردنیاز برای این کار مورد بررسی قرار گرفت. این تحقیق که ۵ سال طول کشید، ترکیب و همچنین ساختار مناسب ماده برای ایجاد خاصیت موردنیاز این نظریه مورد بررسی قرار گرفت.
محققان توانسته‌اند به یک دستاورد مهم در پژوهش خود دست پیدا کنند و آن ساخت یک مدار با ۲۰ عنصر واحد است. این عناصر از طریق یک شبکه از دستگاه‌ها به یکدیگر متصل شدند و آن‌ها توانستند آن‌ها را به گونه‌ای برنامه‌‌ریزی کنند که دارای ظرفیت خاص یا توانایی ذخیره بار الکتریکی داشته باشند.
پس از این کار، یک مسئله ریاضی متناسب با ظرفیت شبکه ایجاد شد که به محققان اجازه می‌داد از این دستگاه برای یافتن راه‌حل نسخه کوچک یک مسئله که اهمیت بالایی در تحلیل‌های مدرن دارد، استفاده کنند. مثال ساده مورد استفاده در این دستگاه، بررسی جهش‌های احتمالی در یک خانواده از ویروس با مقایسه اطلاعات ژنتیکی آن‌ها بود.
چرا ساخت مدارهای شبیه به مغز اهمیت دارد؟
عملکرد کامپیوترهای کنونی با سرعت به نهایت خود نزدیک می‌شوند چرا که اندازه کوچکترین ترازیستور در مدارهای مجتمع در حال نزدیک شدن به عرض ۲۰ اتم است و ابعاد کوچکتر و اصول فیزیکی تعیین‌کننده رفتار ترانزیستور دیگر کاربردی ندارد. در این زمینه رقابت سنگینی وجود دارد و شرکت‌ها می‌خواهند ترانزیستورهای بسیار بهتری بسازند.
این تلاش‌ها اهمیت بالایی دارد چرا که افراد در طی ۴۰ سال گذشته از بهبودهای نمایی برای عملکرد محاسباتی بهتر و همچنین کاهش مصرف انرژی استفاده کرده‌اند و بسیاری از مدل‌های تجاری و اقتصاد ما با این انتظار ساخته شده‌اند.
مهندسان و متخصصان علوم رایانه اکنون ماشین‌هایی را با توانایی جمع آوری اطلاعات زیادی ایجاد کرده‌اند که می‌تواند آن‌ها را پردازش کند. با این حال حجم این داده‌ها سالانه دو برابر می‌شود که از توانایی رایانه‌های امروزی برای تحلیل پیشی می‌گیرد و باید به سراغ نسل آینده کامپیوترها رفت.
چه پژوهش‌هایی در این زمینه انجام شده است؟
نظریه اصلی عملکرد نورون اولین بار نزدیک به ۷۰ سال پیش مطرح شد و هنوز نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. شبیه‌سازی آن روی کامپیوتر بسیار پیچیده و دشوار است و اخیرا دوباره توسط ریاضیات نظریه دینامیک غیرخطی مدرن مورد تحلیل قرار گرفته است.
محققان از این تلاش‌ها الهام گرفته و بیش از ۱۰ سال مشغول یادگیری ریاضیات لازم و درک نحوه ساخت یک دستگاه الکترونیکی واقعی با عملکرد طبق پیش‌بینی این تئوری بودند. تیم‌های تحقیقاتی بی‌شماری تا به امروز از رویکردهای مختلفی برای ساخت چیپ‌های کامپیوتر مشابه با مغز انسان استفاده کرده‌اند.
قدم بعدی دانشمندان چیست؟
چالش فنی کنونی، ساخت دستگاهی با مقیاس بزرگتر است که بتواند عملکرد آن را به نمایش گذاشته و با غول‌های دیجیتالی کنونی رقابت کند. در همین راستا محققان باید در این زمینه تمرکز کنند.
